Broadlands水電站出力保證與調(diào)節(jié)保證計(jì)算與分析

周 波

(西昌颶源風(fēng)電開(kāi)發(fā)有限公司 生產(chǎn)技術(shù)部 四川西昌 610000)

一、工程概況

斯里蘭卡Broadlands水電站項(xiàng)目位于薩巴拉加穆瓦省凱格勒區(qū)基圖爾格勒鎮(zhèn)的凱拉尼河上，距離首都科倫坡約65km，為徑流式電站。凱拉尼河由Maskeliya-oya支流和Kehelgamu oya支流交匯而成，向西匯入印度洋。在擬建的Broadlands水電站上游約4km處有一座Polpitiya電站，其尾水匯入Maskeliya-oya支流。Broadlands水電站的主要工程內(nèi)容包括：在Maskeliya-oya支流上(Polpitiya電站尾水渠下游約200m處)建造一座24m高的混凝土重力式主壩；在左岸重力壩上游修建取水口，通過(guò)一條長(zhǎng)約3.4km，外接正方形6.8m×6.8m的馬蹄形斷面的隧洞向Broadlands水電站供水發(fā)電，有效水頭為56.9m；距電站廠房約200m的隧洞上方建造一座調(diào)壓井；在Kehelgamu oya支流上(與Maskeliya-oya支流交匯處上游1km處)建造一座19m高的擋水堰式副壩，通過(guò)一條811m長(zhǎng)的隧洞向Broadlands水庫(kù)調(diào)水。工程范圍包括位于Maskeliya-oya支流的主壩、位于Kehelgamu-oya支流的副壩、輸水建筑物、2臺(tái)17.5MW混流水輪發(fā)電機(jī)組的發(fā)電站、132kV開(kāi)關(guān)站、電力輸送線路及附屬工程、預(yù)備工程和項(xiàng)目最后試運(yùn)行。[1]

圖1 引水系統(tǒng)示意圖

二、設(shè)計(jì)依據(jù)

1.《水利水電工程機(jī)電技術(shù)規(guī)范》SL511-2011；

2.《水輪機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)條件》GBT9652.1-2007；

3.合同要求的出力保證技術(shù)指標(biāo)；

4.設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會(huì)達(dá)成的過(guò)渡過(guò)程技術(shù)指標(biāo)；

5.水工專業(yè)提供的壓力引水系統(tǒng)布置圖。

三、出力保證及調(diào)節(jié)保證計(jì)算控制值確定

(一)合同要求的出力保證

1.上游水位1 2 1 m 時(shí)，1 臺(tái)機(jī)組發(fā)電，出力保證值19.91MW；

2.上游水位111m時(shí)，兩臺(tái)機(jī)組發(fā)電，單機(jī)出力保證值14.2MW。

(二)調(diào)節(jié)保證

1.機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)的最大轉(zhuǎn)速升高率保證值小于50%；

2.機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)的蝸殼最大壓力升高率保證值小于50%。

四、出力保證計(jì)算及分析

(一)計(jì)算不同工況水輪機(jī)出力保證

1.庫(kù)區(qū)水位與運(yùn)行機(jī)組臺(tái)數(shù)

根據(jù)合同及會(huì)議紀(jì)要要求，在庫(kù)區(qū)最高水位時(shí)，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電情況下，水輪機(jī)最大出力不低于19.91MW；在庫(kù)區(qū)最低水位時(shí)，雙機(jī)發(fā)電情況下，單臺(tái)水輪機(jī)出力不低于14.2MW。以上兩個(gè)極限工況對(duì)應(yīng)的特征數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 極限工況對(duì)應(yīng)的特征數(shù)據(jù)表

2.出力保證計(jì)算

(1)對(duì)于庫(kù)區(qū)最高水位單機(jī)發(fā)電出力保證，主要考核水輪機(jī)出力性能。此時(shí)機(jī)組有效發(fā)電水頭為：

Hr= 水庫(kù)水位—尾水水位—水頭損失=62.31m

根據(jù)計(jì)算公式

N — 發(fā)電機(jī)出力；D1— 轉(zhuǎn)輪直徑；Hr— 發(fā)電水頭；ηf— 發(fā)電機(jī)效率；ηs— 水輪機(jī)效率。

以及轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線選取水輪機(jī)效率參數(shù)，反復(fù)逼近計(jì)算得到工況點(diǎn)參數(shù)如下：見(jiàn)圖2

n'1= 76.77 rpm

Q'1= 1.099 m3/s

ηs= 92.3%

圖2 庫(kù)區(qū)最高水位時(shí)工況點(diǎn)

由圖2可見(jiàn)，工況點(diǎn)位于出力限制線左側(cè)，并離開(kāi)一定距離，滿足出力要求。

(2)對(duì)于庫(kù)區(qū)最低水位雙機(jī)運(yùn)行時(shí)，單臺(tái)水輪機(jī)出力保證，主要考核的是隧洞過(guò)流能力，以及最低發(fā)電水頭情況下機(jī)組過(guò)流能力。

此時(shí)水輪機(jī)發(fā)電水頭受隧洞斷面縮小，隧洞水頭損失增加影響，必須控制隧洞總水頭損失值。水工專業(yè)設(shè)計(jì)人員對(duì)縮小隧洞斷面后的水頭損失進(jìn)行了計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，有效發(fā)電水頭為：

Hr= 水庫(kù)水位—尾水水位—水頭損失=46.5m

經(jīng)計(jì)算，工況點(diǎn)參數(shù)如下：見(jiàn)圖3

n'1= 88.87 rpm

Q'1= 1.267 m3/s

ηs= 88.6%

圖3 庫(kù)區(qū)最低水位時(shí)工況點(diǎn)

由圖3可見(jiàn)，工況點(diǎn)位于出力限制線左側(cè)，滿足出力要求。

(二)出力保證計(jì)算結(jié)果分析

由以上計(jì)算結(jié)果可以看出當(dāng)庫(kù)區(qū)水位最高時(shí)，單機(jī)運(yùn)行的出力保證能滿足合同要求。當(dāng)庫(kù)區(qū)水位最低，且雙機(jī)運(yùn)行時(shí)，工況點(diǎn)非常接近出力限制線，如果隧洞及引水系統(tǒng)總體水頭損失超過(guò)8.2mH2O將不能保證合同規(guī)定的出力值。由此對(duì)隧洞F0+360m至F0+400m的襯砌斷面縮小，應(yīng)采取謹(jǐn)慎的態(tài)度，并應(yīng)注意在施工過(guò)程中提高施工工藝，盡量降低隧洞過(guò)流面糙率，以減少水頭損失。

五、調(diào)節(jié)保證計(jì)算及分析

本電站采用一管雙機(jī)的引水方式，從大壩取水口經(jīng)長(zhǎng)度為3216m的外接正方形6.8m×6.8m，馬蹄形斷面的隧洞到直徑16m的調(diào)壓井，再經(jīng)主管長(zhǎng)度163m，內(nèi)徑4.6m，兩支管長(zhǎng)度40.26m，內(nèi)徑3.3m的埋入式壓力鋼管道接水輪機(jī)蝸殼進(jìn)水口，按兩臺(tái)機(jī)組甩100%負(fù)荷進(jìn)行調(diào)保計(jì)算。

(一)電站基本資料

1.水位

(1)上游水位

校核洪水位 122.00m

設(shè)計(jì)洪水位 121.00m

正常蓄水位 121.00m

死水位 111.00m

(2)調(diào)壓井水位

最高水位 129.99m

最低涌浪水位 103.35m

(3)下游水位

設(shè)計(jì)洪水位 63.57m

正常尾水位 56.2m

一臺(tái)機(jī)尾水位 55.74m

2.流量

電站引用流量 34.87x2 m3/s

3.水頭

最大水頭 66.0m

加權(quán)平均水頭 56.9m

最小水頭 46.9m

4.電站特性

裝機(jī)容量 2×17.5 MW

多年平均發(fā)電量 126 GWh

年利用小時(shí)數(shù) 3623 h

(二)不同水頭下機(jī)組調(diào)節(jié)保證計(jì)算

1.最大水頭

在最大水頭下調(diào)節(jié)保證計(jì)算成果如下表：

表2 最大水頭調(diào)節(jié)保證計(jì)算成果

2.額定水頭

在額定水頭下調(diào)節(jié)保證計(jì)算成果如下表：

表3 額定水頭調(diào)節(jié)保證計(jì)算成果

(三)調(diào)節(jié)保證計(jì)算結(jié)果分析

調(diào)節(jié)保證計(jì)算的結(jié)果表明：當(dāng)導(dǎo)葉有效關(guān)閉時(shí)間為8s，在額定水頭甩負(fù)荷時(shí)蝸殼壓力上升率為40.4%，最大壓力上升絕對(duì)值為79.9m.H2O；速率上升為43.5%，最大轉(zhuǎn)速上升值為431 r/min。對(duì)照規(guī)范要求，從表2、表3計(jì)算結(jié)果可知道，導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間為7s～10s時(shí)均滿足規(guī)范要求。由此也可得出結(jié)論：本電站調(diào)節(jié)保證計(jì)算可以滿足規(guī)范要求。