乌兹别克斯坦某水电站以调压阀代替调压井的研究

2019-08-01孙剑峰李亚鸽周同旭安亚臣卢三春

水电站机电技术 2019年7期

孙剑峰，李亚鸽，周同旭，安亚臣，卢三春

（1.东方电气集团国际合作公司，四川成都611731，2.天津电气科学研究院有限公司，天津300180）

1 概述

为保证电站运行安全，对长有压引水系统的水电站，通常采用调压阀或者调压井解决水压上升和机组速率上升的问题。但是设置调压井面临破坏植被、不利于环保、土建工程量大、资金投入大的问题；由于地形、地质条件的限制，某些电站建造调压井非常困难；对于部分旧电站，原调压井根本无法扩建以适应电站增容改造之需求等。

乌兹别克斯坦卡姆奇克（Kamchik）小型水电站位于乌兹别克斯坦共和国纳曼干州阿汉加兰河上，为引水式发电站。该电站是东方电气积极落实国家“一带一路”倡议，以绿色动力驱动中国和世界经济发展的典型案例。电站额定水头93 m，Tw值为13.14 s，引水系统长度共3 735 m，其中压力钢管3 576 m，由取水口、引水管路、发电厂房、尾水、开关站等组成，共安装2台立式10.5 MW的立式水轮发电机组（大机）和2台2.75 MW卧式水轮发电机组（小机），详细机组参数如表1所示。由于当地土质疏松，不适合设置调压井，东方电气采用天津电气科学研究院有限公司生产的2台DN700和2台DN400的弯管式调压阀代替调压井。

2 调压阀的选型计算

表1 机组参数

根据电站设计要求，按照蜗壳允许最大压力升高率ξ≤30%，机组最大转速上升率β≤50%的要求，对调压阀进行选型计算。

2.1 机组快关机时间TS

大机组快关机时间TS计算：

式中：c—水锤压力影响系数；

NT—水轮机出力；

GD2—机组转动惯量；

n0—机组额定转速；

nr—水轮机飞逸转速。

由以上计算公式，求得KTS=6.92，通过查计算水锤曲线（图 1所示），取K=0.86，因此，得出TS=8.05 s；根据以上计算方法，得出小机组快关机时间TS=3.87 s。

图1 计算水锤用的曲线

2.2 机组慢关机时间TSS

管道特性系数hw：

当hw＞1.5时，为末相水锤。按照斯巴尔（Sparre）公式：

根据机组快关时间TS、慢关时间TSS和带有调压阀系统的仿真计算结果的综合分析，选用调压阀型号为TFL700/235，调压阀直径D=700 mm，最大行程S=235 mm，小机组调压阀直径D=400 mm，最大行程S=200 mm，调压阀的布置如图2和图3所示。

3 电站的过渡过程计算

根据天津电气科学研究院和中国水利水电科学研究院共同开发的《水轮机调节系统过渡过程计算分析软件》，对乌兹别克斯坦卡姆奇克水电站单台机组进行了甩100%负荷、开机启动以及系统参数优化的仿真计算：

图2 大机组调压阀布置图

图3 小机组调压阀布置图

（1）大机组单台甩100%负荷，导叶关闭时间为7 s，调压阀打开时间为7 s时，压力上升18.8%，发电机转速上升48.6%，机组进入小波动后，系统稳定，如图4所示。

图4 大机甩100%负荷

（2）机组启动时，达到额定转速所用时间53 s，压力上升14.5%，压力下降19%，发电机转速上升3.0%，如图5所示。

图5 大机开机启动

（3）小机组单台甩100%负荷，导叶关闭时间为4 s，调压阀打开时间为4 s时，压力上升5.0%，发电机转速上升44.5%，机组进入小波动后，系统稳定，如图6所示。

图6 小机甩100%负荷

（4）小机组启动时，达到额定转速所用时间23 s，压力上升3.6%，压力下降4.5%，发电机转速上升2.0%，如图7所示。

图7 小机开机启动

通过过渡过程仿真计算，机组转速上升、水压上升、稳态转速摆动值及调节时间均满足GB/T9652和IEC60308《水轮机调速系统试验国际规程》中的有关规定要求。

天津电气科学研究院有限公司研制的调压阀及其液压连锁控制系统，其调速器控制调压阀采用特殊主配压阀控制，在机组甩负荷过程中，调速器控制关闭水轮机导叶与调速器控制调压阀开启，具有机械液压协联及闭锁功能，即调速器通过高油压特殊主配压阀控制，导叶关闭与调压阀开启成液压协联同步控制。当调压阀拒动时，调速器特殊主配压阀控制系统应由快关转为慢关，以保证引水管道的水压上升不超过钢管要求规定值。