调节保证计算案例.doc

调节保证计算案例
一、调节保证计算的任务和计算标准
1、调保计算的任务
电站在运行过程中，常会由于各种事故，机组突然与系统解列，从而造成甩负荷。在甩负荷时，由于导叶迅速关闭，水轮机的流量会急剧变化，因此在水轮机过水系统内会产生水击，调节保证计算就是在初步设计阶段计算出上述过程中最大的转速上升及最大的压力上升值。调节保证计算一般应对两个工况进行，即计算设计水头和最大水头甩全负荷的压力上升和速率上升，并取其大者。
2、调节计算的标准：
1）压力变化计算标准：
机组甩全负荷时蜗壳允许的最大压力升高ξmax，一般发生在最大水头下
设置调压阀时ξmax≤0.2Hmax=16.13%
尾水管的真空度应小于
输水管道内不允许出现任何负压
2、转速变化计算标准
当机组容量占电力系统运行总容量的比重大且担任调峰调频时，βmax<45%
βmax为机组甩全部负荷时的转速升高的允许值，一般发生在设计水头下。
3、已知计算参数
装机容量：2×20000KW
电站型式： 坝后式，压力钢管为一根总管为2台机组引水
水头参数：Hmax=80.66m, Hr=69.2m, Hmin=60.65m,Hp=72.11m
水轮机参数： HL260/D74-LJ-180,nr=375r/min,Qr=33.58m3/s
Nr=20833.3KW,η=0.913
尾水管参数：进口直径D3=1.88m ，出口直径D4=2.43m

上式中:Di----定子铁芯内径(m)
----定子铁芯长度(m)
----经验系数,查[7]164页表3-10，100≤n≤375取K2=5.2
二、调节保证计算
7.2.1 设计水头下甩全负荷的计算
一、水锤压力传播速度
压力输水系统发生水锤时，水锤压力波以速度α沿管道传播.由于该电站引水系统
分叉管前为混凝土，分叉管后为金属里衬。查参[水力机械]173页 薄壁钢管取α=980m/s,混凝土取α=1000m/s。

二、各部分∑LV的计算
1 、引水管段
分叉管前

渐变段

渐变段出口至蝶阀

蝶阀后渐变段

蝶阀后渐变段出口至蜗壳进口断面

2、蜗壳段
取进口断面平均流速

则

上式中: ----蜗壳为中心线的长度( m)
a----各断面中心矩
3 、尾水管段
1）直锥段：
进口断面流速

出口断面流速

则

2）肘管段
出口断面流速

由量测法得几何尺寸
则

扩散段
出口断面流速

则

尾水管
4、整个引水系统

三、管道特性系数：
1、.压力管道水力损失计算
1）分叉管前 本电站采用钢筋混凝土管,查[水轮机设计手册]P169表4-2可得,采用无抹灰面层的，
其当量粗糙度

查参[水力机械]168页图4.19，得λ=0.0135
查参[水轮机设计手册]表8-22得：拦污栅、无修圆进口、弯管的局部损失系数分别为1.3、0.5、0.082

2）渐变段水力损失
ξ=0.16
3）渐变段出口至蝶阀损失

蝶阀损失系数查得ξ=0.1～0.3

4）主阀之后渐变段损失
ξ=0.16
5)主阀后钢管水平段

引水管总的水力损失

2、水流惯性时间常数

3、管道特征系数的确定：

调保计算标准，从P149图5-8可查得约为4～6s之间，故取为4.0， 5.0 ，5.5, 6.0s可得：
σ=0.45, 0.36, 0.3273, 0.3
四、 压力上升计算
弹性波在压力管道内往返一次所经历的时间Tr

由于采用的时间均大于故发生间接水击，由于甩全负荷2.2771=
2.277>1.5，故最大水锤出现在末相，查[水力机械]211页，压力管道、蜗壳压力上升及尾水管压力下降按下式计算并写入表中，如下表：
计算公式为:
，
，
，
， ，
上式中: ----吸出高度(m)
----尾水管进口流速(m/s)
ξmax---包括上述ΣLV的整个引水系统的压力上升，查[7]175页，对混流式机组一般为1.2ξ
----尾水管真空度，查[水力机械]175页，不大于8m
计算结果列于下表中
表7-1 管道压力上升表
Ts
(s)
σ
ξm
ξmax
引水管道压力上升
蜗壳压力上升
尾水管压力上升
ξm
ΔHT
ξc
ΔHc
ξB
ΔHB
HB
4
0.45
0.5625
0.675
0.5911
42.928
0.6397
46.4564
0.0353
2.5643
6.5703
5
0.36
0.4306
0.6167
0.4524
32.8579
0.4897
35.5615
0.027
1.9629
5.9689
5.5
0.3273
0.3852
0.4623
0.4048
29.3985
0.4381
31.8166
0.0242
1.7575
5.7635
6
0.3
0.348
0.4176
0.3657
26.556
0.3958
28.7446
0.0218
1.5832
5.5892

五、转速升高计算
1.机组一般在设计水头下发生最大转速上升,所以在设计水头下进行转速上升计算，据参[7]180页进行估算
甩负荷前单位转速n11r=81.14 r/min,甩负荷后的单位飞逸转速n11R=150.4 r/min

机组惯性时间常数

滞后时间

转速上升

其中: ----考虑了水锤压力的影响系数
C----考虑水轮机飞逸特性影响系数

计算结果如下表:
表7-2 转速上升表

4
1.45
5.243
0.4908
0.6481
0.3388
0.3727
5
1.36
5.243
0.5536
0.6202
0.3698
0.4068
5.5
1.3273
5.243
0.5839
0.6076
0.3844
0.4228
6.0
0.3
5.243
0.6139
0.5955
1.3983
0.4381

由以上两张表格分析，5.5、6s均未超过蜗壳压力升高和转速升高要求，但5s时压力升高较大，6s时转速升高较大，最大水头下可能发生压力升高或转速升高超过计算标准，综合考虑初步取Ts=5.5s
7.2.2 最大水头甩全负荷的计算
在最大水头下时，机组的单位转速为，在其模型综合特性曲线上找该单位转速与出力限制线的交点，得出模型的效率，该效率加上修正值2%即可得到真
机的效率为，由此公式可得：

一、 各部分∑LV的计算
1、引水管
分叉管前

渐变段

渐变段出口至蝶阀

蝶阀后渐变段

蝶阀后渐变段出口至蜗壳进口断面

2、蜗壳段
取进口断面平均流速

则

上式中: ----蜗壳为中心线的长度( m)
a----各断面中心矩

3、尾水管段
1）直锥段：
进口断面流速

出口断面流速

则
2）肘管段
出口断面流速

由量测法得几何尺寸
则
3） 扩散段
出口断面流速
则
4）尾水管
4、整个引水系统

二、管道特性参数的确定
1、水流惯性时间常数

2、导叶最短关闭时间
确定在最大水头33.8(m)时相应的最短关闭时间

上式中：为最大水头工况下的模型导叶开度，由该工况点的和，在HL260/74模型综合特性曲线是查得，，为与真机最大可能开口相应的模型开口。查[水力机械]P132可得 ，其中：

查[水力机械]224页可得：

3、确定管道特征系数

三、 压力上升计算

查阅[水电站设计手册]174页，最大水击压力发生在第一相。
水锤相

则第一相末水轮机相对开度

式中： ----导叶初始开度

蜗壳内最大承受压力为：

四、 转速上升计算
Ts=5.5s, Ta==5.243s, Tq=0.30486s

最大水头下 =75.16 r/min ,

计算的出的ξmax和压力上升率均满足要求
7.2.3 结论
最后选定的导叶直线关闭时间Ts=5.5s，其理由如下：
1)最大转速上升βmax=43.89%。根据电站特征，只有线路出现故障时，两台机组组才有可能同时甩负荷。但发生此种情况是电站已经于系统解列，对供电质量没有关系。母线于机组故障时都不会出现全厂甩负荷，此时β值小于计算值，且计算结果在规范规定范围之内。
2）蜗壳最大压力上升率ξmax= 43.81%，满足设计要求。
3）尾水管最大真空度HB=5.7635<8m，满足设计要求