第五章水電站調節保證計算調節保證計算的目的、任務（1）調保計算目的、任務在水電站運行中，負荷與機組出力達到平衡使機組轉速穩定。但由于各種突發事故，造成機組突然與系統解列，機組甩掉部分，或者全部負荷。在甩負荷時，由于導葉迅速的關閉，水輪機的流量急劇變化，因此在水輪機過水系統內產生水擊。調保計算就是在電站初步設計階段計算出上述過程中的最大轉速上升及最大壓力上升值。另外，調保計算的目的是使壓力升高和轉速升高不超過允許值，確保電站水機系統安全穩定運行。調節保證計算一般應對兩個工況進行，即計算設計水頭和最大水頭甩全負荷的壓力上升和速率上升，并取其較大者。一般在前者發生最大速率升高，在后者發生最大壓力升高。（2）燈泡貫流式機組過渡過程的特點燈泡水輪發電機組的調節過渡過程與常規機組相比有一些不同，一般軸流機組慣性力矩主要取決于發電機的飛輪力矩，對于燈泡機組來說，由于受燈泡比的限制，發電機直徑約為立式機組的3/5，其慣性力矩僅相當于立式機組的1/10左右，因而，水輪機慣性和水體附加慣性力矩所占的比重應大大增加，而水體附加慣性力矩則隨葉片安放角的增加而增加，所以對燈泡機組的過渡過程分析必須考慮其影響。（3）調保計算標準根據DL/T5186-2004《水力發電廠機電設計規范》,水輪機在機組甩負荷時的最大轉速升高率0宜小于60%；導水葉前最大壓力上升率宜為70%?100%。max根據有關已建電站試驗證明，采用導葉分段關閉規律，尾水管的真空度不大于8m水柱。4）已知計算參數裝機容量：4X18.5MW水頭參數：H=6.8m,Hav=5.82m,H=5.3m,H=1.5mmaxrmin水輪機參數：水輪機型號：GZ(1102)—WP—730,n二68.2r/min,rQ=398.6m3/s,r尾水管參數：尾水管進口直徑D=d=7.1(m)3尾水管直錐段長度：L=2.0D=2.0x7.3=14.6(m)211尾水管直錐段直徑：D=1.428D=1.428x7.3=10.42(m)41尾水管混合過渡段長度：L=2.7D=2.7x7.3=19.71(m)221尾水管混合過渡段高度：h=1.453D=1.453x7.3=10.61(m)1尾水管混合過渡段寬度：B=2.04D=2.04x7.3=14.892(m)1機組轉動部分飛輪力矩(t-m3)：查《燈泡貫流式水電站》P:GD2=GD2 +GD2 +GD2155 發電機 水輪機 水體附加發電機飛輪力矩GD2 =KD31發電機 it式中：K-經驗系數,查《燈泡貫流式水電站》P,表6-10：126n=68.2r/min，K=4.7?5.1,取K=5。r即: GD2 =KD31=5x7.143x1.02=1856.4(t-m3)發電機 it取： GD2 =850m3)水輪機兀GD2 =—丫Lsina(D4-d4)(水輪機轉輪區水體)水體8 0 1B式中：Y-水體比重；L-葉片弦片長；0d-輪轂直徑，之前取輪轂比為0.33，即d/D=0.33，故BB1d=0.33x7.3=2.41m：Ba=e+申，9為槳葉角為時0的葉片安放角；申為槳葉角度兀 兀 ( \即：GD2 =丫Lsinoc(D4-d4)=一xLsinol(7.34—2.414)=1220.5t-m3)水體8 0 1B8 0故：GD故：GD2=GD2 +GD2 +GD2發電機水輪機=3926.9 m3)水體附加設計工況下的調節保證計算5.2.1管道特性系數1、進口到導葉段：?。築=13.5(m)1經以前的計算B=（1.7~2.1取：B=13.5(m)111流量：設計工況時流量已計算，Q=398.7m3/sr?。篤流量：設計工況時流量已計算，Q=398.7m3/sr?。篤=r1Q—r (D)冷丿/213.52+兀398.7(7.3[

〔~4丿/2=4.14m/s進口到導葉段的長度L=3.82D-0.721D=3.1D=22.63(m)1111工LV=LxV=22.63x4.14=93.688m2/s11112、轉輪室：—r (—r (DV=9.526m/s(7.3￥

冗x I2丿前面已經計算出L=(0.65~0.84)D=5.5(m)21工LV=LxV=9.526x5.5=52.39m2/s22223、尾水管：Q r S+S)/2進出Q(D￥]Bxh+兀tI/2I2丿I2x398.7(71\2兀 +14.892X10.61I2丿=4.02m/s前面已經計算出L=(4.5?5.0)D=34.5(m)31YLV=34.5x4.02=138.56m2/s33則管道特性系數：ELV=ELV+ELV+ELV=284.64(m2/s)ii 11 22 335.2.2水擊壓力升高計算由于本電站采用導葉分段關閉規律，關閉時間長，且引水管短，故：最大水擊壓力上升率發生在末相，為末相水擊。對于該機組，導葉接力器直線關閉時間為T=10~16ss先設定T'=12s。s工LV284.64b=卄= =0.456HTg5.3x12x9.81g=-（心+4+c）=0456C0.4562+4+0.456）=0.572m2 2E=Kgmaxm查《水輪機調節》P得，對貫流式水輪機，取修正系數K二1.4。238g =1.4g=1.4x0.572=0.8max m則導葉前壓力升高為：匕工LV匕93.688ig= 」g= x0.8=0.2631乙LVmax284.64iiAH=gH=0.263x5.3=1.394（m）11r尾水管最大壓力降低為：工LV13856y= 「E =―.—x0.8=0.389b 乙LVmax284.64ii校核尾水管進口處的真空度，以防止水流中斷v2H=H+亠+yHBs 4g brv為尾水管進口斷面出現y時的流速：這里vbbbQrv為尾水管進口斷面出現y時的流速：這里vbbbD= 71j007兀（t）2兀（——）222m/s故H=H+Vb2+yH=-8.73+10.072+0.389x5.3=-4.11（m）故：Bs4gbr 4X9.81由于真空度小于8m，滿足壓力升高要求。5.2.3轉速上升計算

1、機組慣性時間常數T二GDm二3926.9X6&22二2.62(1、機組慣性時間常數T二GDm二3926.9X6&22二2.62(s)a365xP365x19073r2、調節系統遲滯時間查《貫流式水輪發電機組實用技術-設計g施工安裝g運行檢修(下冊)》P,639得：11T二T+-bT=0.2+-x0.05x2.62二0.266(s)CP2pa2b—永態轉差系數，一般取2~6%，在這里取5%。p3、水擊修正系數f二1+b二1+0.456二1.4564、水輪機飛逸轉速特性曲線系數12T+T'f 2x0.266+12x1.4561+CS一1=：1+ 一1=1.806Ta2.62相對轉速上升：查《水輪機調節》P;燈泡貫流式水輪機的單位飛逸轉速不247僅取決于導葉開度a，還取決于槳葉轉角申；之前已計算出單位飛逸轉速0n=365.04rmin。11p故：n365.04n=11p二en11216.26—1.688由此：C=1+丄

n-1

eJ礦=02761+1.688-1QT+TfC1+一c 匚Ta1+(2X0.266+12“456丿亙_1=0.502<60%2.62由以上計算可知，在設計水頭下甩負荷時，壓力升高和轉速升高均在允許范圍內。最大水頭甩負荷5.3.1管道特性系數1、進口到導葉段經以前的計算B=(1.7?2.1)D；取:B二13.5(m)111在最大水頭下的流量為:Q=QD2：~=3.25x7.32x.68=451.63(m3s)max 11r1 max取:451.63max (D￥/213.52取:451.63max (D￥/213.52+兀(7.3]2〔才丿——=4.687m/s/2進口到導葉段的長度L=3.82D-0.721D=3.1D=22.63(m)1111工LV=LxV=22.63x4.687=106.07m2/s11112、轉輪室:—r(D—r(DV=10.79m/s(7.3￥冗x I2丿前面已經計算出L=(0.65~0.84)D=5.5(m)21工LV=LxV=10.79x5.5=59.35m2/s22223、尾水管:m/sQ r Q r S+S)/2

進出Bxh+n[D丫]/22x398.7(71\2兀 +14.892x10.61I2丿=4.57前面已經計算出L=(4.5~5.0)D=34.5(m)31YLV=34.5x4.57=157.7m2/s33則管道特性系數:ELV=ELV+ELV+ELV=323.12(m2/s)ii 11 22 335.3.2水擊壓力升高計算

查《水電站機電設計手冊》查《水電站機電設計手冊》P，得：213fZ7在最大水頭下，T=T?sHsa0式中：a-最大水頭下帶額定負荷時的導葉開度01?。篢=11ssH工LV323.12 …b=i—f—= =0.44HTg6.8x11x9.81maxS=-(g2+4+b)=044\：'0.442+4+0.44丿=0.54722gmax二1.4g二1.4x0.547二gmaxm則導葉前壓力升高為：工LV匕106.07g=ig= x0.77=0.2531乙LVmax323.12iiAH H=0.253x6.8=1.72(m)1 1max尾水管最大壓力降低為：工LV 1577y=jg= x0.77=0.376b乙LVmax323.12ii校核尾水管進口處的真空度，以防止水流中斷v2H二H+++yHBs 4g brv為尾水管進口斷面出現yv為尾水管進口斷面出現y時的流速：這里bv= ma^= =11.41b/D、 ,7.1、兀(3)2兀( )222m/sv2擠v2擠H=H+亠故：Bs4g+yHbmax11.412一873+吋+0376x6?8一2?855(m)由于真空度小于8m，滿足壓力升高要求。5.3.3轉速上升計算之前已經計算出GD2=3926.9Cm3),

1、機組慣性時間常數T二叫二曲％時二a365xP365x19073r2、調節系統遲滯時間查《貫流式水輪發電機組實用技術-設計g施工安裝g運行檢修(下冊)》代佰639得：11T二T+-bT=0.2+-x0.05x2.62二0.266(s)CP2pa2b—永態轉差系數，一般取2~6%，在這里取5%。p3、水擊修正系數f二1+b二1+0.44二1.444、水輪機飛逸轉速特性曲線系數r-1=1.692“ 1 2x0.266+11x1.44r-1=1.692-1=：1+2.62單位飛逸轉速n=365.04rmin