青羊沟水电站水锤及调节保证计算.docx
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1、青羊沟水电站水锤及调节保证计算1概述青羊沟水电站工程位于甘肃省酒泉市肃北蒙古族自治县鱼儿红乡境内的疏 勒河干流上,为甘肃省境内疏勒河干流昌马水库以上河段水电开发规划中的梯级 电站之一。电站厂房距玉门镇约109kll1,距玉门市昌马乡38km,距肃北县鱼儿红 乡政府约52km,对外交通便利。电站采用有压引水式开发方式,是以发电为主的日调节中型水电站工程,电 站额定水头116m。主厂房装设2台单机容量为23MW (以下称大机)和1台单机 容量为10MW (以下称小机)共3台混流式水轮发电机组,并要求大、小机在运 行水头介于116m至133. 42m范围内能超额定出力运行,其超额定出力范围为10%
2、(机组具有10%的超发能力),即大机为26.356 MW、小机为 11.583MW。电站保 证出力为10.23MW,多年平均年发电量为2. 131亿kW.h,装机年利用小时数为 3805ho电站引水发电系统由进水口、引水发电隧洞、调压井、压力管道主管、压力 管道支管组成,水流通过水轮发电机组后由尾水渠流入河道。引水发电隧洞长7177.59m,设计流量55.3m%,隧洞为圆形有压洞,纵坡 1/265. 837,洞径 D=4. 6m,设计流速 3. 33m/s。调压井布置于副厂房上游侧,调压井型式为阻抗式调压井,竖井内径10. 0m, 阻抗孔直径1. 98m,底部高程2286. 00m,顶部高程2
3、335. 50m0调压井底部垂直接压力管道主管,压力主管由垂直管、弯管和水平管组成, 其中垂直管长85. 5m,弯管长18. 85m (R=12m, a=90),水平管长205. 65m,主 管总长310m,主管内径4. 0m (暂定),设计流速4.40m/s。压力主管末端3条支管为“卜”型布置,1#大机支管长31m,内径2. 5m, 2#大机支管长24m,内径2. 5m, 3#小机支管长30m,内径1.6m。厂内安装2台23MW和1台10MW共3台混流式水轮发电机组,水轮机型号分 别为 HLA685-LJ-177 和 HLA685-LJ-122;单机弓I用流量 22. 65m7s 和 10m
4、7s, 额定水头116m。本电站采用的主接线方案为:发电机侧采用两机一变、一机一变10kV单元 接线,llOkV侧采用单母线接线,35kV侧采用单母线接线。电力系统要求青羊沟12上游 2323.0m , 下游2192.5m,两台机带最大负 荷428.60.8617124.2423.2626.361600.00.7743123.3410.2411.583注:模型导叶开度基值为27表6.11两台机工作,同时事故甩全负荷过渡过程计算结果序 号起始 工况关闭规 律最大转 速 Hz最大转 速升高蜗壳进 口最大 水压力 mHbO蜗壳末 端最大 水压力 mH2。蜗壳末 端最大 水压力 升高尾水管 进口最 低
5、水压 力 mH2。机 组 号115-10-0.571.400.4279165.03167.330.26570.101171.390.4277164.02166.490.25860.3412225-10-0.572.910.4582166.84169.530.26646.769173.020.4603165.63168.370.25647.0152335-10-0.571.820.4364163.17165.420.2685-0.036171.840.4368162.49164.940.26240.2542445-10-0.577.040.5407163.75166.660.2600-1.048
6、177.250.5450162.59165.330.2485-0.8412555-10-0.576.530.5305165.28167.990.25315.927176.300.5260164.17166.760.24256.2362665-10-0.577.260.5452161.35164.100.2552-1.149177.030.5406160.23162.850.2444-0.8332775-10-0.569.600.3921161.21164.100.23780.158167.120.3423159.42160.930.21060.7323885-10-0.570.240.4049
7、162.16165.150.22866.967167.800.3560161.28163.270.21257.6153995-10-0.569.860.3971158.65161.630.23390.050167.280.3456157.89159.640.21670.346310105-10-0.573.010.4602160.39162.990.2284-0.565169.910.3982158.73160.770.20920.108311115-10-0.574.900.4981161.09163.930.20266.804171.320.4264160.30162.140.20266.
8、804312125-10-0.573.660.4732157.67158.400.2060-0.763170.270.4054156.39158.400.2060-0.0023一台机工作,事故甩全负荷过渡过程计算结果见表6. 13,相应初始工况见表 6. 12o表6. 12 一台机工作初始工况序 号工况起始转速 r/min起始 叶开度起始水 头m起始流 量 m3/s起始功 率MW机组 号1上游 2325.0m , 下游2192.35m, 一台机带额定负荷428.60.6848130.1119.9623.9612上游 2327.13m , 下游2199.6m, 一台机带额定负荷428.60.74
9、04124.7720.8123.9613上游 2323.0m , 下游2192.35m, 一台机带额定负荷428.60.7067128.0320.2923.9614上游 2325.0m , 下游2192.35m,台机带最大负荷428.60.7732129.5622.0526.3615上游 2327.13m,下游 21996一台机带最大负荷428.60.8646124.0723.3026.3616上游 2323.0m , 下游2192.35m, 一台机带最大负荷428.60.8062127.4222.5126.3617上游 2325.0m , 下游2192.15m, 一台机带额定负荷600.00
10、.6237131.208.8210.5338上游 2327.13m , 下游2199.6m, 一台机带额定负荷600.00.6626125.769.1110.5339上游 2323.0m , 下游2192.15m, 一台机带额定负荷600.00.6377129.168.9210.53310上游 2325.0m , 下游2192.15m, 一台机带最大负荷600.00.6898130.879.6511.59311上游 2327.13m,下游 21996 台机带最大负荷600.00.7514125.3710.0811.59312上游 2323.0m , 下游2192.15m,台机带最大负荷600.
11、00.7123128.819.8111.593注:模型导叶开度基值为27表6.13 一台机工作,事故甩全负荷过渡过程计算结果序 号起始 工况关闭规 律最大转 速 Hz最大转 速升高蜗壳进 口最大 水压力 mH2。蜗壳末 立而取大 水压力 mH2。蜗壳末 立而取大 水压力 升高尾水管 进口最 低水压 力 mHaO机组 号115-10-0.568.440.3688158.73161.710.21730.0171225-10-0.569.060.3812158.86161.750.19937.1091335-10-0.568.740.3747155.93158.960.2109-0.0341445-
12、10-0.571.210.4242156.49159.400.1974-0.5901555-10-0.572.640.4527157.08160.030.18456.3631665-10-0.571.750.4351153.39156.310.1880-0.7601775-10-0.565.400.3080150.40152.050.1340-0.1623885-10-0.565.540.3107154.14156.160.15117.1023995-10-0.565.420.3083150.00151.790.1490-0.215310105-10-0.567.310.3463151.921
13、54.490.1551-0.711311115-10-0.568.020.3605152.50154.880.14016.520312125-10-0.567.550.3509149.34151.760.1488-0.7993由表6.11和6.13可见,在部分机组工作,同时事故甩全负荷后,机组最大 转速升高、涡壳最大水压力和尾水管进口最大真空度均没有超过调节保证计算允许值。四、小波动和稳定性分析由于国内电网的普及和加强,水电站一般均与较大电网并列运行,此时电网 频率稳定,调节系统相当于处于开环运行,一般不存在稳定性问题。但当由于某 种原因(如事故)电站可能需要带少量孤网负荷运行,此时就存在一个
14、稳定性问 题,同样机组在空载并网前也存在一个稳定性问题。通常调节系统稳定性和动态特性分析采用两类方法,一类是求解非线性微分 方程组,获得在一定扰动下的动态过程,并据此判断该工况点在给定调速器参数 条件下调节系统的稳定性和动态特性;另一类是求解近似的线性化微分方程,并 获得稳定域,据此判断该工况点的稳定性。非线性系统就是大波动计算用的模型, 它包括了水轮机特性,弹性水击、调速器限幅等明显的非线性。线性系统是从非 线性系统推出,将有关非线性在特定工况点线性化。一般说,线性系统与非线性 系统有一定差别,特别在某些条件下,差别比较明显。本报告同时采用求解非线 性系统的方法和求解近似的线性化微分方程进行
15、调节系统稳定性和动态特性的 分析研究。在分析调节系统稳定性和动态特性时,必须设置调速系统数学模型,本报告 采用有关水轮机调速系统技术条件规定的并联PID调节器和电液随动系统,其主 要参数为比例增益Kp、积分增益Ki和微分增益Kd。本报告采用在Kp、Ki和Kd 空间中寻优的方法,如果能找到一组或若干组调速器参数组合,使系统是稳定的 并有较好的动态过程,那么该系统是稳定的。如果找不到这样的调速器参数组合, 那么该系统是不稳定的,或者是稳定的但动态特性达不到要求。同样如果存在一 定范围的调节系统稳定域或者调压室断面面积大于需要的稳定断面面积,那么系 统是稳定的,反之,系统是不稳定的。4.1速器参数优
16、化计算对下列工况进行了调速器参数优化计算,本报告中调速器优化计算采用遍历 法。1上游水位2325. 0m,三台机带孤网额定负荷,同时施加10%减负荷扰动调节时间skp ki kd30.76001.50020.22001.50017. 32001.8000. 5000. 60014. 86002. 1000. 6000. 90010.52001.8000. 5001.2009. 64002. 1000. 6001.5006. 08002.4000. 8001.8008. 32002. 1000. 7002. 100优化调速器参数整定为:kp=2.400000 ki=0. 800000 kd=l.
17、 800000调节时间=6.080000 s最大转速偏差=0.0497062)上游水位2325. 0m, 一台大机带孤网额定负荷,同时施加10%减负荷扰动调节时间skpkikd6. 34001. 5000. 6000. 0005. 08002. 1000. 8000. 3004. 84002.4000. 9000. 6005. 72002. 1000. 9000. 900优化调速器参数整定为:kp=2. 400000 ki=0. 900000 kd=0. 600000调节时间=4.840000 s最大转速偏差二0.0265703)上游水位2325. 0m, 一台小机带孤网额定负荷,同时施加10
18、%减负荷扰动调节时间s kp ki kd5. 44002. 1000. 9000. 0005. 84002. 1000. 9000. 300优化调速器参数整定为:kp=2. 100000 ki=0. 900000 kd=0. 000000调节时间=5.440000 s最大转速偏差二0.0206974)上游水位2325. Om,三台机带孤网最大负荷,同时施加10%减负荷扰动调节时间skpkikd54. 02001.8000. 6000. 00043. 72001.8000. 6000. 30034.56001.8000. 6000. 60030.14002. 1000. 7000. 90022.
19、 20002. 1000. 7001.20019.84002.4000. 8001. 50017. 54002. 7000. 9001.80019.14002. 7000. 9002. 100优化调速器参数整定为:kp=2. 700000 ki=0. 900000 kd=l. 800000调节时间=17.540000 s最大转速偏差二0.066734a)上游水位2325. 0m, 一台大机带孤网最大负荷,同时施加10%减负荷扰动调节时间s kp ki kd 6.46001.8005. 22002. 4005.76002.4000.9000.600优化调速器参数整定为:kp=2.400000 k
20、i=0. 900000 kd=0. 300000调节时间=5.220000 s最大转速偏差=0.030408b)上游水位2325. 0m, 一台小机带孤网最大负荷,同时施加10%减负荷扰动调节时间s kp ki kd5. 68002. 1000. 9000. 0006. 08002. 1000. 9000. 300优化调速器参数整定为:kp=2. 100000 ki=0. 900000 kd=0. 000000调节时间=5.680000 s最大转速偏差=0.023791c)上游水位2325. 0m, 一台大机空载,同时施加10%增频给扰动调节时间skpkikd5. 08002. 4000. 2
21、000. 0005. 06002. 7000. 2000. 3005. 08002. 7000. 2000. 600优化调速器参数整定为:kp=2. 700000 ki=0. 200000 kd=0. 300000调节时间=5.060000 s最大转速偏差二0.024550d)上游水位2325. 0m, 一台小机空载,同时施加10%增频给扰动调节时间skp ki kd7. 34002. 7000. 2000. 0008. 50002. 7000. 2000. 300优化调速器参数整定为:kp=2. 700000 ki=0. 200000 kd=0. 000000调节时间=5.340000 s最
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