抽水蓄能电站中球阀协同导叶关闭的水力瞬变过程控制方式 Hydraulic transient controlling rules coupled with ball-valve and guide-vane in pumped storage power station.pdfVIP

水 利 学 报 2014年2月 SHUILI XUEBAO 第45卷 第2期 文章编号：0559-9350（2014）02-0220-07 抽水蓄能电站中球阀协同导叶关闭的水力瞬变过程控制方式 1 1 2 2 1 李小芹 ，常近时 ，李长胜 ，陈 鹏 ，唐学林 （1. 中国农业大学 水利与土木工程学院，北京 100083；2. 辽宁蒲石河抽水蓄能有限公司，辽宁 丹东 118000） 摘要：为了降低抽水蓄能机组水轮机工况甩负荷时蜗壳压力上升值和压力脉动值，应用了球阀协同导叶关闭的流 量控制方式。于2012年在蒲石河大型抽水蓄能电站，进行了水轮机工况甩负荷过渡过程球阀参与导叶控制方式 的现场试验。针对这一流量控制方式，利用内特性法预测了在甩负荷过渡过程中各动态参数的瞬变规律，预测的 机组转速上升最大值与试验值的相对误差为2.11%，预测的蜗壳压力上升最大值与试验值的相对误差为0.74%， 从而验证了内特性方法的合理性；同时证明，只要合理地选择导叶与球阀的控制规律，即可显著改善水泵水轮机 装置水轮机工况甩负荷过渡过程的动态品质，降低抽水蓄能电站引水系统的水压上升值。 关键词：水力瞬变；内特性；甩负荷；球阀 中图分类号：TV741，TK733+.1 文献标识码：A doi: 10.13243/ki.slxb.2014.02.012 1 研究背景 近年来，高水头大功率抽水蓄能电站得到了蓬勃发展。但由于机组安装高程低、引排水道一般 也较长，同时机组运行工况转换频繁、流量特性曲线在水轮机制动区及反水泵工况区存在着不稳定 ［1］ ［2］ 倒“S”区域 ，因此抽水蓄能电站的水力过渡过程十分复杂 。 为了降低抽水蓄能电站水泵水轮机组甩负荷时机组转速与蜗壳水压力上升值，国内外广泛采用 ［3-5］ 改变导叶关闭规律的方式，使其维持在调保规范之内 。有的电站采用延时直线关闭导叶的方式， ［6-7］ 对传统关闭规律存在的缺陷有所改善，取得了较好的优化效果 ；有的电站采用快慢快的关闭规 律，通过引入延时段，针对抽水蓄能机组过流特性，综合两段折线规律中快关与慢关的各自优点， ［8］ 但由于液压系统存在巨大的油流惯性，完全准确延时实际上很难做到 ；有的电站采用引入转速信号 反馈导叶的关闭规律，避免了常规折线关闭规律中计算拐点位置与实际拐点位置偏差带来的运行风 ［9］ 险，只要转速阈值设定合理，可有效减少水压力上升值，但该方法的可靠性还有待提高 。针对以上 这些问题需要探讨其它的控制方式，处理高水头水泵水轮机装置甩负荷过渡过程中转速上升值与压 力上升值的矛盾。 2 球阀参与甩负荷过渡过程流量的控制方式 技术规范要求，大中型高水头水泵水轮机的进水阀门在任何工况下应能动水关闭，因此球阀参 与流量调节成为可能。一般水电站球阀的静态流量特性如图1中曲线1所示，即在大开度下的流量变 化比导叶缓和，在小开度下则相对剧烈。而水轮机导叶的静态流量特性如图1中曲线2所示，即流量 在大开度时变化慢，中间快，小开度下又变化慢的特性，因此最大压力上升值出现在中间某一导叶 开度的位置。可以结合进水球阀与导叶的流量特性，在甩负荷后采取导叶延时关闭的同时，让球阀 收稿日期：2013-04-16 基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金（2012QJ055）；新世纪优秀人才支持计划（NETC-10-0784） 作者简介：李小芹（1971-），女，河北人，博士生，副教授，主要从事水电站过渡过程研究。E-mail：mlp84238@163.com 通讯作者：