水泵水轮机过渡过程研究开题报告.docVIP

一、背景 随着科学技术的发展，经济和人类社会的发展对电力的需求越来越多，大容量的火电和核电机组相继投产发电，但是它们的调峰能力都比较弱。抽水蓄能电站调峰填谷、调频调相、提高电网供电质量和电网灵活性与可靠性等优点越趋明显，使之成为获得电网最佳的经济效益和社会效益的优选电站之一。 抽水蓄能电站利用兼具水泵和水轮机两种工作方式的蓄能机组，在电力负荷出现低谷时吸收电网多余的电能作水泵运行抽水到上水库，在电力负荷高峰时作水轮机运行，将上水库的水放下发电。对电站水力过渡过程进行分析和研究的目的，主要是为了确定控制工况下各处的最大压力和最小压力、调压室的最高水位和最低水位、甩负荷时机组最大转速上升值、作用在可逆式水泵水轮机转轮上的轴向力值、以及对电站工作有主要意义的其它参数作出恰当的估计。对过渡过程研究不够，盲目提高设计标准将造成不必要的浪费，或对过渡过程问题考虑不周而引起运行事故，造成重大损失。所以，水泵水轮机过渡过程特性是决定抽水蓄能电站稳定性的关键因素，它在很大程度上决定抽水蓄能电站的主要参数和规模。因此，研究抽水蓄能机组各种过渡过程特性并找出合理可靠的调节控制方法，对抽水蓄能电站的稳定、可靠和高效运行以及充分发挥其经济效益有着极重要的意义。 二、国内外现状 一，控制策略 1、水轮机工况甩负荷过程： 1）分段关闭规律[1]。采用在活动导叶关闭过程中依次切换关闭速度这种方式， 以使活动导叶按照确定的折线模式被关闭。 2）暂时性抬高补偿调速器目标转速设定值的方法[2]。即在刚刚甩负荷后转速上 升的过程中，抬高补偿调速器设定值来进行补偿，在转速转为下降后，将其缓慢 地复位。 3）自动切换调速器PID演算部的设定值[2],即在刚刚甩负荷之后使目标转速出现 实质性上升的方法。 4）导叶和球阀互相配合的关闭[3]，即导叶先不关，而将球阀以较快速度关到较 小的开度，这样有利于减小流量，之后再快速关闭导叶。由球阀关闭引起的管路 中流量的下降，应该不大于机组在甩负荷后机组特性引起的机组过流量的下降。 然后，球阀在小开度时慢速关闭。由于开度较小，抑止了机组“S”形特性引起 的管路中的水力震荡。 2、水轮机工况启动并网过程： 1）预开导叶：预先打开对称的两个小导叶增加流量，其他的导叶只开到较小的 开度，机组在导叶小开度比较稳定，因此机组可以平稳地渡过“S”形特性区。 但是，这种最近在国际上比较流行的预开小导叶MGV(Misaligned Guide Vane) 方法本身存在着弊端。由于打开的导叶破坏了转轮室水力的平衡，机组的震动大 幅度增加，对机组造成了损害。[1] 2）采取在真机上加装非同步导叶的方法[4]解决水泵水轮机“S”特性采取在真机 上加装非同步导叶的方法解决在调速系统接收到监控系统发电工况开机指令后， 导叶接力器操作控制环转动，20个导叶同时开启至预设开度，机组开始转动，转 速上升。当机组转速升至50％额定转速时，非同步导叶完全开启，比其它导叶的 开启角度大25。非同步导叶完全开启后，机组转速升至80％额定转速左右。随后， 调速系统根据电网频率调节机组转速并网，全部20个导叶(包括非同步导叶)随控 制环动作。机组并网成功后，非同步导叶开始关闭，调速系统根据负荷指令调整 导叶开度。 3、水泵工况启动过程：中高比转速水泵水轮机的泵工况扬程特性曲线在小流量 范围内都有一个驼峰区，电站设计时应将泵的正常工作范围选在驼峰区以外。不 过在高水位时也可能避不开驼峰区。目前国内大型抽水蓄能机组有两种水泵工况 压水启动程序设计，第一种是先启机，后压水，即先用SFC 启动机组，待转速升 达10％～15％额定转速时再向转轮室充气压水，机组继续升速至额定转速并入电 网作水泵调相工况运行。第二种是先压水，后启机，即在机组静止状态下先向转 轮室充气压水，压水成功后再用SFC 启动机组升速直至并网进入水泵调相工况。 采用第二种水泵工况压水启动程序的好处：一是机组在静止状态下向转轮室充气 压水，用气量损失较小，压水启动成功率较高；二是压水后转轮已处于空气中， 用SFC 启动机组在低转速时段输入功率会小些，有利于SFC 启动运行；三是压水 启动的总时间缩短。水泵工况压水启动试验实践表明：设计选用先压水，后启机 的水泵工况压水启动程序，优势明显，合理可行。[5] 1）水泵工况启动大多采用电气启动法，主要有作水轮机工况运行的机组频率启 动(背靠背启动)或供给全电压时的异步启动等方式，其水力过程特性的差别，主要是达到同步转速的速度不同。水泵工况电气启动过渡过程大致可分为3个阶段。第一阶段：转速从零增加到同步转速阶段。向转轮室供气，水压至转轮以下后，电动机一发电机并入电网，在磁力矩的作用下，机组转子开始朝水泵方向旋转，转速逐渐增加，当转速接近同步转速的95％时，投入励磁，机组