五強(qiáng)溪電廠擴(kuò)機(jī)調(diào)壓室布置研究

【摘要】基于五強(qiáng)溪電廠的基本情況，本文就該廠擴(kuò)機(jī)調(diào)壓室種類的選擇、調(diào)壓室的設(shè)置以調(diào)節(jié)保證計算的方法進(jìn)行逐一的論述。

【關(guān)鍵詞】調(diào)壓室布置；種類；設(shè)計保證

按照NB/T35021《水電站調(diào)壓室設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)內(nèi)容，建立調(diào)壓室的目的在于：限制水擊波進(jìn)入壓力引水（或尾水）道，減小壓力管道（或尾水管）及水輪機(jī)的水擊壓力；改善電站的運行條件及調(diào)節(jié)品質(zhì)。水電站是否需要設(shè)置調(diào)壓室，最終要根據(jù)壓力引水道布置，水電站在電力系統(tǒng)中的作用，電站運行條件，機(jī)組調(diào)保參數(shù)限制值及電站運行穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)品質(zhì)等，由水電站水力過渡過程分析計算，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)來進(jìn)行最終確定。

一、五強(qiáng)溪電廠擴(kuò)機(jī)工程調(diào)壓室類型的選擇

五強(qiáng)溪水電站擴(kuò)機(jī)工程額定水頭較小，為43.5m，單機(jī)額定引用流量大，為656.92m3/s，經(jīng)計算，兩臺機(jī)組總的托馬臨界穩(wěn)定斷面面積較大，約為2980m2。

調(diào)壓室型式一般采用簡單式、阻抗式、水室式、溢流式幾種。擴(kuò)機(jī)工程調(diào)壓室面積較大，涌浪幅度較小，不適合采用水室式調(diào)壓室，無條件采用溢流式調(diào)壓室。簡單式調(diào)壓室結(jié)構(gòu)簡單，反射水擊波效果最好，但波動衰減慢，常需較大的容積，通常適用于下游調(diào)壓室或低水頭、小容量電站。阻抗式調(diào)壓室具有容積小，波動衰減較快，結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點，工程量也較簡單式調(diào)壓室小，故本工程采用阻抗式調(diào)壓室，兩機(jī)聯(lián)合布置。

二、五強(qiáng)溪電廠擴(kuò)機(jī)工程調(diào)壓室的設(shè)置

根據(jù)NB/T35021《水電站調(diào)壓室設(shè)計規(guī)范》，基于水道特性設(shè)置上游調(diào)壓室的初判公式如下：

[Tw]——Tw的允許值，一般取2～4s。其取值隨電站在電力系統(tǒng)中的作用而異，當(dāng)水電站作孤立運行或機(jī)組容量在電力系統(tǒng)中所占的比重超過50%時，宜用小值；當(dāng)比重小于10%～20%時可取大值。本工程初取3.5s。

經(jīng)計算，不設(shè)上游調(diào)壓室時，⑥、⑦機(jī)壓力管道中水流慣性時間常數(shù)Tw分別為10.51s、11.51s，均遠(yuǎn)大于允許值3.5s。

基于機(jī)組特性初步判別設(shè)置上游調(diào)壓室的公式如下：

經(jīng)計算，設(shè)置上游調(diào)壓室前，⑥、⑦機(jī)壓力管道中上、下游水面間壓力水道水流慣性時間常數(shù)Tw1分別為11.18s、12.19s，均遠(yuǎn)大于2.45s。

基于水道特性和基于機(jī)組特性兩個方面判斷，本工程應(yīng)設(shè)置調(diào)壓室，設(shè)置上游調(diào)壓室后，2臺機(jī)組Tw均為2.36s，小于允許值3.5s。水輪發(fā)電機(jī)組加速時間常數(shù)Ta為8.16s，設(shè)置上游調(diào)壓室后，2臺機(jī)組Tw1值均為3.04s，仍大于2.45s，根據(jù)《水電站調(diào)壓室設(shè)計規(guī)范》NB/T35021Tw1的內(nèi)容，電站屬②區(qū)，應(yīng)通過水力-機(jī)械過渡過程數(shù)值計算進(jìn)一步研究電站的調(diào)節(jié)保證性能。

上游調(diào)壓室的穩(wěn)定斷面面積按托馬準(zhǔn)則確定。

由上式計算出⑥機(jī)所需調(diào)壓室穩(wěn)定面積F為1420m2，⑦機(jī)所需調(diào)壓室穩(wěn)定面積F為1560m2，共計2980m2，實際調(diào)壓室面積為3195m2。調(diào)壓室阻抗孔直徑為7.0m，其面積為引水隧洞面積的30.86%。

三、調(diào)壓室的調(diào)節(jié)保證運算

經(jīng)武漢大學(xué)及河海大學(xué)采用不同方法進(jìn)行調(diào)節(jié)保證計算，綜合取計算最不利結(jié)果，可得出以下結(jié)論：

（a）蝸殼末端最大壓力。計算最大值為89.65m，發(fā)生在D11工況：上游校核洪水位114.53m，額定水頭43.5m，額定出力，雙機(jī)正常工作時突甩全負(fù)荷，導(dǎo)葉正常關(guān)閉。

（b）尾水管進(jìn)口斷面最小壓力。計算控制工況為D6工況：上游最低運行水位96m，額定水頭43.5m，⑦機(jī)滿出力正常運行，⑥機(jī)由空載突增至滿負(fù)荷，計算值為-4.11m。滿足尾水真空度小于0.08MPa控制值的要求。

（c）機(jī)組最大轉(zhuǎn)速上升值。計算控制工況為D9工況：上游正常蓄水位108m，額定水頭43.5m，⑦機(jī)正常運行，⑥機(jī)啟動增至滿負(fù)荷后，在進(jìn)入調(diào)壓室流量最大時突甩全負(fù)荷，導(dǎo)葉緊急關(guān)閉。計算值為46.78%，滿足小于50%的控制值要求。

（d）小波動穩(wěn)定計算。武漢大學(xué)計算結(jié)果表明，在調(diào)速器參數(shù)Tn=0.4，bp=0，bt=0.8、Td=12s、Ty=0.002s，電網(wǎng)自調(diào)節(jié)系數(shù)采用1.5的條件下，所有小波動工況最終均穩(wěn)定收斂。J12工況⑥機(jī)和⑦機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)入±0.4%帶寬的調(diào)節(jié)時間最長，分別為279.25s、277.15s，均在300s以內(nèi)。河海大學(xué)分析認(rèn)為，機(jī)組并在大網(wǎng)運行時，由于機(jī)組容量相對大網(wǎng)很小，一般總是能穩(wěn)定運行的，調(diào)速器參數(shù)按并大網(wǎng)運行條件整定，不需要進(jìn)行研究。

（e）水力干擾計算。本電站兩臺機(jī)組共用調(diào)壓室時存在水力干擾，當(dāng)電網(wǎng)自調(diào)節(jié)系數(shù)取1.5的條件下，能滿足所有水力干擾工況的最終穩(wěn)定運行要求。

結(jié)束語

五強(qiáng)溪電廠擴(kuò)機(jī)工程在進(jìn)行調(diào)壓室布置的過程中，嚴(yán)格根據(jù)現(xiàn)場實際情況，結(jié)合數(shù)據(jù)進(jìn)行了精確的計算。調(diào)壓室在投入使用之后，也收獲到了較為良好的效果，值得在業(yè)內(nèi)進(jìn)行推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]邵年，劉惟. 構(gòu)皮灘水電站尾水調(diào)壓室布置及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[J]. 人民長江，2014，S1：80-82.