多機引水發(fā)電系統(tǒng)水力干擾中的水力和電氣過渡過程仿真分析

建立了吉林臺二級水電站水力干擾過渡過程的數(shù)學(xué)模型,通過數(shù)值模擬計算分析了水電站輸水系統(tǒng)發(fā)生水力干擾時系統(tǒng)的穩(wěn)定性。結(jié)果表明,水力干擾下的各種計算指標(biāo)均能滿足要求,為吉林臺二級水電站的系統(tǒng)布置及穩(wěn)定運行提供了參考。

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

為保證電站安全穩(wěn)定運行,通過對調(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,對機組水力過渡過程進(jìn)行大波動、小波動分析計算,確定經(jīng)濟合理的電站輸水系統(tǒng)和機組方案參數(shù)。

為確保青羊溝水電站安全穩(wěn)定的運行,保證電能質(zhì)量,通過對大、小機組水力過渡過程進(jìn)行大波動、小波動分析計算,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)和機組gd2值的設(shè)計優(yōu)化、安全運行提供依據(jù)。

文中通過對宏發(fā)水電站進(jìn)行水力過渡過程計算,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,保證電站的安全運行。

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算方法,過渡過程的起因和研究內(nèi)容,并用多個水工模型試驗測量的調(diào)壓室水位、管道水錘壓力及其壓力過程線資料驗證了計算方法及參數(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)壓室水位波動的動態(tài)演示。該數(shù)字模型已用于多個電站引、尾水系統(tǒng)的水力過渡過程計算,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、小波動和水力干擾下的發(fā)電頻率擺動、機組穩(wěn)定性分析等成果,為工程設(shè)計提供了重要依據(jù)。

針對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,對水輪機典型工況甩負(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)處瞬變流計算數(shù)學(xué)模型,采用三維空間曲面的形式對水輪機特性進(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。

本文主要針對黃河拉西瓦、漢江毛壩關(guān)水電站工程,在物理模型試驗資料的基礎(chǔ)上,對水電站的水力過渡過程的仿真計算作了驗證,驗證計算方法和參數(shù)選擇的合理性,并率定計算參數(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)保計算中,計算了引水隧洞、壓力鋼管最大/最小水壓力包絡(luò)線、小波動和水力干擾下的發(fā)電頻率擺動機組穩(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,動態(tài)地顯示了調(diào)壓室水位波動情況。

冗各水電站在施工階段進(jìn)行水力過渡過程計算時,通過對不同的運行組合工況進(jìn)行分析,選取了適合該電站的工況進(jìn)行計算.通過計算,推薦采用導(dǎo)葉兩段關(guān)閉的關(guān)機規(guī)律,計算結(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),按照電站運行后的甩負(fù)荷試驗數(shù)據(jù)及關(guān)閉規(guī)律,對水力過渡過程計算進(jìn)行驗算,其結(jié)果基本與實際情況吻合.

利用相關(guān)程序,對四川毛爾蓋水電站進(jìn)行了水力過渡過程計算。通過對導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律進(jìn)行優(yōu)化計算、調(diào)壓室波動計算、大波動過渡過程計算、小波動計算以及調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定分析,驗證了該電站引水發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計是合理、可行的。

冗各水電站在施工階段進(jìn)行水力過渡過程計算時,通過對不同的運行組合工況進(jìn)行分析,選取了適合該電站的工況進(jìn)行計算。通過計算,推薦采用導(dǎo)葉兩段關(guān)閉的關(guān)機規(guī)律,計算結(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),按照電站運行后的甩負(fù)荷試驗數(shù)據(jù)及關(guān)閉規(guī)律,對水力過渡過程計算進(jìn)行驗算,其結(jié)果基本與實際情況吻合。

水電站引水發(fā)電系統(tǒng)過渡過程是流體、機械、電氣、甚至結(jié)構(gòu)相互耦合的復(fù)雜的動態(tài)過程,現(xiàn)有的將水、機、電分開研究的方法及成果無法滿足大型長輸水道地下式水電站設(shè)計和運行的需要,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、水機電整體模擬、控制測試以及大波動、小波動和水力干擾等過渡過程的試驗結(jié)果,并與數(shù)值仿真計算結(jié)果對比

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)與上一級電站同步調(diào)峰任務(wù),該引水系統(tǒng)具有高水頭、長距離及非恒定流的特點。本文通過不同控制工況下的水力過渡過程對機組關(guān)閉規(guī)律進(jìn)行比較計算,確定出機組最短關(guān)閉時間為13s。小波動過渡過程計算分析系統(tǒng)的小波動過程總是穩(wěn)定。水力干擾計算采用頻率調(diào)節(jié)運行時,正常運行的機組軸力矩發(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、機組參數(shù)選取等提供設(shè)計依據(jù)。

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

本文通過對樂昌峽水電站進(jìn)行過渡過程計算與分析,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)過渡過程的計算經(jīng)驗,為同類工程提供借鑒。

文中通過對宏發(fā)水電站進(jìn)行水力過渡過程計算,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,保證電站的安全運行。

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

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

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

供水泵站壓力管路的運行安全問題一直為廣大技術(shù)人員所關(guān)注,文章對墩化泵站壓力出水管路的水錘防護效果進(jìn)行了計算機仿真和現(xiàn)場測試。結(jié)果說明:計算機仿真計算的數(shù)學(xué)模型是正確的,該泵站采用下開式水錘消除器,壓力管路的運行是安全的。

針對不同傾斜角度深部礦井中搶險排水的要求,建立了斜置大型潛水電泵排水系統(tǒng)水力過渡過程分析的數(shù)學(xué)模型,計算了6種不同礦井傾角排水系統(tǒng)的事故停機水力過渡過程。計算結(jié)果表明,大型潛水電泵的瞬態(tài)工作參數(shù)變化以礦井傾角45°為轉(zhuǎn)折點。研究分析了潛水電泵的瞬態(tài)工作水頭隨礦井傾角變化不同的原因,以及緩閉蝶閥的最優(yōu)關(guān)閉程序。研究結(jié)果可為搶險排水工程設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。

本文介紹了涔天河水電站大波動水力過渡過程電算的工況選擇及計算成果,分析并確定水力過渡過程計算控制值和設(shè)計值。工況選擇時涵蓋全水頭范圍運行,并需要與實際運行工況相近,了解典型工況規(guī)律,以便利用典型工況快速進(jìn)行洞徑比選、機組飛輪力矩敏感性分析及導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律優(yōu)化等。