多機(jī)引水發(fā)電系統(tǒng)水力干擾中的水力和電氣過渡過程仿真分析

建立了吉林臺(tái)二級(jí)水電站水力干擾過渡過程的數(shù)學(xué)模型,通過數(shù)值模擬計(jì)算分析了水電站輸水系統(tǒng)發(fā)生水力干擾時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。結(jié)果表明,水力干擾下的各種計(jì)算指標(biāo)均能滿足要求,為吉林臺(tái)二級(jí)水電站的系統(tǒng)布置及穩(wěn)定運(yùn)行提供了參考。

在水電站的運(yùn)行中總伴隨著水力過渡過程,對(duì)電站進(jìn)行過渡過程分析與計(jì)算相當(dāng)重要。本文介紹了當(dāng)今先進(jìn)的科學(xué)計(jì)算軟件matlab的特點(diǎn),并利用該軟件對(duì)紫坪鋪水電站的水力過渡過程從數(shù)學(xué)模型、計(jì)算仿真等方面進(jìn)行了分析、計(jì)算與研究,以便尋求合適的電站運(yùn)行方式、機(jī)組關(guān)閉規(guī)律等。為電站及引水系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化、安全運(yùn)行提供依據(jù)。

為保證電站安全穩(wěn)定運(yùn)行,通過對(duì)調(diào)壓井位置、參數(shù)以及調(diào)壓井后輸水系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整,對(duì)機(jī)組水力過渡過程進(jìn)行大波動(dòng)、小波動(dòng)分析計(jì)算,確定經(jīng)濟(jì)合理的電站輸水系統(tǒng)和機(jī)組方案參數(shù)。

為確保青羊溝水電站安全穩(wěn)定的運(yùn)行,保證電能質(zhì)量,通過對(duì)大、小機(jī)組水力過渡過程進(jìn)行大波動(dòng)、小波動(dòng)分析計(jì)算,以便尋求合理的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律,為調(diào)壓井、壓力管道等輸水系統(tǒng)參數(shù)和機(jī)組gd2值的設(shè)計(jì)優(yōu)化、安全運(yùn)行提供依據(jù)。

文中通過對(duì)宏發(fā)水電站進(jìn)行水力過渡過程計(jì)算,為突破調(diào)壓井托馬斷面提供了依據(jù),在降低施工難度,節(jié)約工程投資的同時(shí),保證電站的安全運(yùn)行。

系統(tǒng)地介紹了水電站水力過渡過程數(shù)字仿真的基本理論和計(jì)算方法,過渡過程的起因和研究?jī)?nèi)容,并用多個(gè)水工模型試驗(yàn)測(cè)量的調(diào)壓室水位、管道水錘壓力及其壓力過程線資料驗(yàn)證了計(jì)算方法及參數(shù)選擇的合理性。利用cfd技術(shù)得到了調(diào)壓室內(nèi)的水流流態(tài)、三維流速分布以及調(diào)壓室水位波動(dòng)的動(dòng)態(tài)演示。該數(shù)字模型已用于多個(gè)電站引、尾水系統(tǒng)的水力過渡過程計(jì)算,得到的調(diào)壓室最高/最低涌浪水位、蝸殼及岔管斷面最大/最小水錘壓力、機(jī)組最大飛車轉(zhuǎn)速以及它們的變化過程線,引水隧洞最大/最小內(nèi)水壓力包絡(luò)線、小波動(dòng)和水力干擾下的發(fā)電頻率擺動(dòng)、機(jī)組穩(wěn)定性分析等成果,為工程設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。

針對(duì)紫坪鋪水利樞紐工程水頭變幅大,工況變化多且頻繁的特點(diǎn),對(duì)水輪機(jī)典型工況甩負(fù)荷水力過渡過程進(jìn)行了數(shù)字仿真。建立了串聯(lián)管連結(jié)處瞬變流計(jì)算數(shù)學(xué)模型,采用三維空間曲面的形式對(duì)水輪機(jī)特性進(jìn)行描述和插值,開發(fā)了基于windows界面的水力過渡過程數(shù)字仿真軟件。

本文主要針對(duì)黃河拉西瓦、漢江毛壩關(guān)水電站工程,在物理模型試驗(yàn)資料的基礎(chǔ)上,對(duì)水電站的水力過渡過程的仿真計(jì)算作了驗(yàn)證,驗(yàn)證計(jì)算方法和參數(shù)選擇的合理性,并率定計(jì)算參數(shù)。得到調(diào)壓室最高/最低涌浪水位、蝸殼及岔管斷面最大/最小水錘壓力、機(jī)組最大飛車轉(zhuǎn)速以及它們的變化過程線。在鉆根水電站和扎古錄水電站的調(diào)保計(jì)算中,計(jì)算了引水隧洞、壓力鋼管最大/最小水壓力包絡(luò)線、小波動(dòng)和水力干擾下的發(fā)電頻率擺動(dòng)機(jī)組穩(wěn)定性分析等成果。采用fluent軟件模擬某瞬間調(diào)壓室內(nèi)的三維流場(chǎng),動(dòng)態(tài)地顯示了調(diào)壓室水位波動(dòng)情況。

冗各水電站在施工階段進(jìn)行水力過渡過程計(jì)算時(shí),通過對(duì)不同的運(yùn)行組合工況進(jìn)行分析,選取了適合該電站的工況進(jìn)行計(jì)算.通過計(jì)算,推薦采用導(dǎo)葉兩段關(guān)閉的關(guān)機(jī)規(guī)律,計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求.電站施工后,引水系統(tǒng)參數(shù)略有調(diào)整,根據(jù)調(diào)整后的數(shù)據(jù),按照電站運(yùn)行后的甩負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)及關(guān)閉規(guī)律,對(duì)水力過渡過程計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)算,其結(jié)果基本與實(shí)際情況吻合.

利用相關(guān)程序,對(duì)四川毛爾蓋水電站進(jìn)行了水力過渡過程計(jì)算。通過對(duì)導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算、調(diào)壓室波動(dòng)計(jì)算、大波動(dòng)過渡過程計(jì)算、小波動(dòng)計(jì)算以及調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定分析,驗(yàn)證了該電站引水發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是合理、可行的。

冗各水電站在施工階段進(jìn)行水力過渡過程計(jì)算時(shí),通過對(duì)不同的運(yùn)行組合工況進(jìn)行分析,選取了適合該電站的工況進(jìn)行計(jì)算。通過計(jì)算,推薦采用導(dǎo)葉兩段關(guān)閉的關(guān)機(jī)規(guī)律,計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求。電站施工后,引水系統(tǒng)參數(shù)略有調(diào)整,根據(jù)調(diào)整后的數(shù)據(jù),按照電站運(yùn)行后的甩負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)及關(guān)閉規(guī)律,對(duì)水力過渡過程計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)算,其結(jié)果基本與實(shí)際情況吻合。

水電站引水發(fā)電系統(tǒng)過渡過程是流體、機(jī)械、電氣、甚至結(jié)構(gòu)相互耦合的復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程,現(xiàn)有的將水、機(jī)、電分開研究的方法及成果無法滿足大型長(zhǎng)輸水道地下式水電站設(shè)計(jì)和運(yùn)行的需要,所以需要開展水電站過渡過程整體性物理模擬。本文作為初步的探討,著重介紹模型比尺、水機(jī)電整體模擬、控制測(cè)試以及大波動(dòng)、小波動(dòng)和水力干擾等過渡過程的試驗(yàn)結(jié)果,并與數(shù)值仿真計(jì)算結(jié)果對(duì)比

蓋孜水電站采用接上游電站尾水"清水不下河"的布置方式,在系統(tǒng)中承擔(dān)與上一級(jí)電站同步調(diào)峰任務(wù),該引水系統(tǒng)具有高水頭、長(zhǎng)距離及非恒定流的特點(diǎn)。本文通過不同控制工況下的水力過渡過程對(duì)機(jī)組關(guān)閉規(guī)律進(jìn)行比較計(jì)算,確定出機(jī)組最短關(guān)閉時(shí)間為13s。小波動(dòng)過渡過程計(jì)算分析系統(tǒng)的小波動(dòng)過程總是穩(wěn)定。水力干擾計(jì)算采用頻率調(diào)節(jié)運(yùn)行時(shí),正常運(yùn)行的機(jī)組軸力矩發(fā)生水力干擾,但未超過控制標(biāo)準(zhǔn)。分析結(jié)果可為引水系統(tǒng)布置、機(jī)組參數(shù)選取等提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

角木塘水電站位于貴州省道真縣,電站裝機(jī)容量2×35mw。電站為低水頭河床式徑流電站,引水系統(tǒng)短,機(jī)組采用軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)。對(duì)于軸流式機(jī)組而言,由于機(jī)組水推力過大,電站甩負(fù)荷時(shí)往往容易造成\"抬機(jī)\"現(xiàn)象,對(duì)機(jī)組造成破壞,因此,水力過渡過程計(jì)算除了控制好蝸殼壓力升高、機(jī)組轉(zhuǎn)速上升、尾水管真空度以外,還要重點(diǎn)關(guān)注水推力的影響。

本文通過對(duì)樂昌峽水電站進(jìn)行過渡過程計(jì)算與分析,提出了一系列優(yōu)化方案,總結(jié)了常規(guī)電站尾水系統(tǒng)過渡過程的計(jì)算經(jīng)驗(yàn),為同類工程提供借鑒。

文中通過對(duì)宏發(fā)水電站進(jìn)行水力過渡過程計(jì)算,為突破調(diào)壓井托馬斷面提供了依據(jù),在降低施工難度,節(jié)約工程投資的同時(shí),保證電站的安全運(yùn)行。

從普遍意義上講,水電站水力過渡過程是水、機(jī)、電系統(tǒng)相互影響、相互制約的聯(lián)合過渡過程,其計(jì)算的合理與否關(guān)系到輸水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和水電站的安全運(yùn)行及供電的質(zhì)量。文章介紹了水力機(jī)械過渡過程的主要類型與基本特征,分析了水輪機(jī)過渡過程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義,闡述了水力機(jī)械裝置過渡過程研究的現(xiàn)狀和研究方法。

本文介紹利用程序進(jìn)行水電站水力過渡過程計(jì)算。通過對(duì)下坂地水電站的調(diào)壓室涌波計(jì)算、調(diào)節(jié)保證計(jì)算以及調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定分析,為電站及引水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

為深入研究勵(lì)磁調(diào)節(jié)對(duì)水力發(fā)電機(jī)組過渡過程的影響,在matlab/simulink平臺(tái)上,采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù),建立了包括水力、機(jī)械及電氣部分的聯(lián)合計(jì)算模型,研究了機(jī)組并入不同容量的電力系統(tǒng)時(shí),勵(lì)磁調(diào)節(jié)和電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(pss)對(duì)機(jī)組頻率波動(dòng)特性和水力過渡過程的影響。計(jì)算結(jié)果表明,在有限容量的電力系統(tǒng)中,機(jī)組安裝勵(lì)磁調(diào)節(jié)和pss除了能有效地對(duì)無功功率和電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)之外,對(duì)機(jī)組頻率波動(dòng)也有良好的改善作用,對(duì)調(diào)壓室水位波動(dòng)有一定的抑制作用,有利于提高電能質(zhì)量。

長(zhǎng)距離輸水設(shè)置超壓泄壓閥水力過渡過程分析

針對(duì)水電站水力過渡過程建模與仿真的復(fù)雜性,提出了采用傳遞函數(shù)建模和運(yùn)用matlab的s-function相結(jié)合的綜合仿真方法.通過對(duì)彈性水錘波動(dòng)方程中流量符號(hào)的處理,推導(dǎo)出適合大、小波動(dòng)工況的引水系統(tǒng)s域表達(dá)式,并運(yùn)用matlab的s-function加以實(shí)現(xiàn).在大波動(dòng)時(shí),將水輪發(fā)電機(jī)組用線性插值的s-function代替.結(jié)果表明該仿真方法十分有效和可靠.

水力機(jī)組過渡過程分析計(jì)算涉及到水力學(xué)、機(jī)械、水工以及運(yùn)行方式等各方面的綜合特點(diǎn),在設(shè)計(jì)有調(diào)壓井的水電站中,尤其是機(jī)組的運(yùn)行工況及其可能的工況組合,對(duì)調(diào)壓井涌波影響很大。對(duì)大田河落生水電站的水力機(jī)組過渡過程進(jìn)行了分析,提出了具體的可能工況組合并進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算,可供同類水電站參考。