老挝怀博莱水电站工程调节保证计算

温泽贵

(广东省水利电力规划勘测设计研究院，广州 510611)



老挝怀博莱水电站工程调节保证计算

温泽贵

(广东省水利电力规划勘测设计研究院，广州 510611)

调节保证计算是研究机组突然改变较大负荷时调节系统过渡过程的特性，计算机组的转速变化和压力输水系统压力变化，选定导水机构合理的调节时间和启闭规律，解决压力输水系统水流惯性、机组惯性力矩和调整特性三者之间的矛盾，使水工建筑物和机组既经济合理，又安全可靠。文章对老挝怀博莱水电站工程调节保证的设计计算进行了介绍。

老挝怀博莱水电站；调节保证计算；冲击式水轮机；输水系统

1 工程概况

怀博莱(Houay palai)水电站位于houay palai河上，站址位于老挝南部Champassak省巴色市东北部约45km处，是houay palai河发源地。水库位置高程在900m左右，位于16号公路38km处。地理位置为E15°19′5.19″，N106°02′34.12″。houay palai河是Xedon河最重要的支流之一,整个流域介于E106°30′、N15°21′，属老挝南部Champassak省。河流发源于海拔高程1200 m的phouphiang高原，沿paksong山西坡顺流而下16km到水电站厂址，厂址高程约在260m左右，水位落差达680m,此后河道坡度变缓,进一步向下42km,高程降至约140masl,汇入Xedon河，汇入Xedon河后，向下游30km汇入眉公河。

怀博莱(Houay palai)水电站总装机30MW装机2台,每年为电网提供0.9688亿kWh的电量。建设一座调节水库，总库容为1307.2万m3，调节库容为855.7万m3，电站尾水位于灌溉引水渠道上游，电站发电后水量供灌溉农田。电站水库的调节库容作用，提高下游灌溉用水保证率。项目的建设，开发了怀博莱的水电资源，增加了电网的调节性能，对于繁荣地区经济，提高人民生活水平具有重要的现实意义，能有力的促进当地社会经济的可持续发展。

工程由水库、引水渠、输水系统和厂房系统组成。水库由一座主坝和一座副坝及溢洪道组成。在Houay Palai河上游及其支流修建四座水陂，并通过引水渠将水流引向水库。输水系统采用1管2机的布置型式，由进水口、引水隧洞和压力钢管等组成。地面厂房位于河道右岸、引水钢管的末端，厂房内布置2台15MW的冲击式机组。

2 调节保证计算目的及输水系统介绍

调节保证计算是研究机组突然改变较大负荷时调节系统过渡过程的特性，计算机组的转速变化和压力输水系统压力变化，选定导水机构合理的调节时间和启闭规律，解决压力输水系统水流惯性、机组惯性力矩和调整特性三者之间的矛盾，使水工建筑物和机组既经济合理，又安全可靠。计算的目的就是根据水电站压力输水系统特性和机组飞轮力矩，选定导水机构合理的调节时间和启闭规律，保证在选定的调节时间内压力和转速变化不超过标准允许值[1]。

输水系统采用1管2机的布置型式，由进水口、引水隧洞和压力钢管等组成，具体的电站设计参数及输水系统参数见表1。

3 计算方法

为方便计算说明，将机组选型基本参数列见表2。

表1 电站设计参数及输水系统参数

3.1 水锤压力计算

3.1.1 压力波传播速度

压力输水系统发生水锤时，水锤压力波以速度a沿管道传播，可按下式计算：

(1)

式中：E0为水的弹性系数，取2.1×104kg/cm2；E为管壁材料的弹性系数，对于钢：E=2.1×106kg/cm2，生铁：E=1.0×106kg/cm2，钢筋混凝土：E=2.1×105kg/cm2；D为管道直径，cm；δ为管壁计算厚度，cm。

按压力管道采用隧洞渐变+钢管渐变形式，则压力波a的结果见表3。

表2 机组基本技术参数

表3 压力波a的计算列表

一般估算直接取apj=1000m/s。

3.1.2 管道特性系数

为了判别水锤的形式，需要计算管道特性系数，反映管道特性的2个参数分别为：

(2)

(3)

各管段参数计算见表4。

表4 各管段参数计算表

静水头H0=600m，取算导叶(喷嘴)直线关闭时间=40s，代入计算得：

hw=0.53

σ=0.04

判别直接水锤和间接水锤的因子是导叶(喷嘴)直线关闭的时间和水管反射时间的比较。

水管反射时间Tr，即弹性波在压力水管内往返一次所经理的时间，即水锤相：

(4)

系统发生的是间接水锤。

3.1.3 直线关闭间接水锤压力计算

在假定导叶相对开度τ与时间t及水轮机相对流量q成线性关系的条件下，间接水锤的压力变化可用下列公式进行计算：

当hwτ0>1.5时，最大水锤压力变化发生在末相：

(5)

当hwτ0<1时，最大水锤压力变化发生在第一相：

(6)

式中：σ、hw为管道特性系数；ξm为末相水锤相对压力升高或降低；ξ1为第一相水锤压力升高或降低；τ0为导水机构(喷嘴)的初始相对开度；τ1第一相末导水机构(喷嘴)的相对开度。

取导水机构(喷嘴)的初始相对开度0.8，取导水机构(喷嘴)的第一相末的相对开度0.2，代入就算的τ0=0.424<1，则最大水锤压力变化发生在第一相：

(7)

解方程得ξ1=12.7%。

根据调节保证计算标准，设计水头大于100m的电站，其蜗壳允许的最大压力升高值ξmax是小于30%，故计算设定参数合理。

3.2 转速变化算

目前我过各单位提出的转速变化计算公式大多是以暂态运动方式为基础导出的，并都采用了负荷实际边界条件的计算时间——升速时间，所不同者是采取了不同的假定和修正系数。

甩全负荷时转速变化计算公式：

甩负荷时机组的转速上升值β：

(8)

式中：n0为初始速度，即甩负荷前机组的稳定转速；nmax为甩负荷过程中机组所达到的最大瞬时转速。

初步设计阶段一般参考下列公式计算机组的转速上升值β：

(9)

(10)

式中：GD2为机组的飞轮力矩，t·m2，1500 t·m2；n0为甩负荷初始转速，rpm，600rpm；N0为甩负荷钱水轮机轴功率，kW，15000kW；f2为水锤修正系数，1.0；τn为相对升速时间，0.85。

代入上式计算得：

β=20.59%

根据调节保证计算标准，水斗式水轮机转速升高允许值是<30%，故计算设定参数合理。

4 结 论

调节保证计算的重要性不言而喻，它是一个电站机组、引水管道以及厂房建筑物安全的判别要素之一，正确的调节保证计算在电站设计中显得尤为重要。但是调节保证计算的过程却是复杂的，调节保证计算的任务就是按照水电站过水系统和水轮发电机组的特性，合理选择开度的调节时间和调节规律，进行水锤和机组转速变化计算，使二者的数值限制在允许范围内，并力求使水锤压强最小。

[1]张树邦，高海军.瑞丽汇水电站调节保证计算[J].水电站机电技术，2009(04)：17-19.

1007-7596(2017)05-0100-03

2017-04-17

温泽贵(1984-)，男，广东茂名人，工程师，从事水利水电工程水力机械设计工作。

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