緬甸德鐵水電站水輪機調節保證計算研究

姜源清，逯 鵬

（中國能源建設集團廣西電力設計研究院有限公司，廣西 南寧 530023）

緬甸德鐵水電站水輪機調節保證計算研究

姜源清，逯 鵬

（中國能源建設集團廣西電力設計研究院有限公司，廣西 南寧 530023）

緬甸德鐵水電站為引水式電站，引水系統長約730 m，未設置調壓井，安裝3臺38.5 MW的混流式水輪發電機組。本文根據電站引水系統和水輪發電機組的特性，以雇主要求為原則，進行了水輪機調節保證計算，通過分析引水系統水流慣性、機組慣性和調速系統關閉規律之間的關系，提出了水輪機調節保證值，確保電站安全穩定的運行。

引水系統；混流式水輪機；調節保證

1 前言

緬甸德鐵水電站由緬甸電力部規劃，電站位于仰光西北部約507 km德鐵河上，距離Shwehle大橋上游約16 km，電站為引水式電站，地面廠房，引水系統為1管3機，電站裝設3臺立軸混流式水輪發電機組，單臺水輪機額定出力40 MW。

在電站實際運行中，水輪發電機組經常因系統負荷變化進行調節，或因事故而甩負荷停機。這些負荷變化都將造成引水系統管線水壓的波動和機組轉速的變化，影響電站的正常運行。所以研究并確定引水系統水流慣性、機組慣性和調速系統調節性能之間的控制參數，對電站的安全穩定運行至關重要。

水輪機調節保證計算是研究機組在突甩負荷及負荷變化時系統過渡過程的特性，計算在這些工況中機組轉速的變化、引水壓力管道中壓力變化及其極值，選定導水機構合理的調節時間和關閉規律，優化機組轉動慣量，使水工建筑物設計方案和機組參數經濟合理，為設計及制訂電站安全運行方式提供理論依據。

2 基本原理

本文水輪機過渡過程中關閉管道引起的瞬變流方程的求解采用特征線法。

壓力管道中的水流的運動方程和連續性方程如下：

將這兩個方程用一個未知的乘數進行線性組合，得：

特征線法就是選擇兩個特定的值，將如上等式變換成一組全微分方程，最終的特征方程如下：

3 基本參數

3.1 電站基本參數

（1）上游水庫特征水位

最高水位89.29 m

滿庫水位80.77 m

最低運行水位50.00 m

（2）下游尾水位

3臺機滿負荷 6.89 m

2臺機滿負荷 6.40 m

1臺機滿負荷 5.76 m

（3）最大引用流量210 m3/s

裝機容量115.2 MW

（4）設備高程

水輪機安裝高程2.54 m

進水閥中心高程2.54 m

3.2 水輪發電機組基本參數

（1）水輪機型號 HLA883-LJ-296

型式 立軸混流式

最大水頭 74.72 m

額定水頭 62.384 m

最小水頭 41.16 m

額定流量 70.12 m3/s

額定出力 40 MW

額定轉速 214.3 r/min

轉輪直徑 2.96 m

（2）發電機型號 SF38.4-28/5800

額定容量 38.4 MW/48 MVA

額定電壓 11 kV

額定轉速 214.3 r/min

飛輪力矩 ＞25 000 kN·m2

4 調節保證計算

4.1 調節保證計算工況的擬定

根據電站主接線方式及機組運行可能出現的不利工況，選擇以下4個運行工況作為調節保證的計算工況。

工況1：上游蓄水位為80.77 m，下游尾水位為6.89 m，3臺機組帶額定功率40 MW，同時甩全負荷；

工況2：上游蓄水位為77.693 m，下游尾水位為6.76 m，3臺機組帶額定功率40 MW，同時甩全負荷；

工況3：上游蓄水位為71.27 m，下游尾水位為6.89 m，3臺機組帶額定功率40 MW，同時甩全負荷；

工況4：上游蓄水位為65.385 m，下游尾水位為6.85 m，3臺機組帶負荷34.59 MW，同時甩全負荷。

4.2 業主對調節保證計算保證值的要求

根據緬方業主要求，任何工況下，機組甩負荷后的最大壓力值不應超過1.11 MPa，最大轉速升高值不應超過50%。

4.3 引水系統的管道布置

緬甸德鐵水電站工程輸水系統布置示意圖以及管段和節點編號見圖1，節點編號用數字表示，各管段的特征線計算斷面沿上游到下游方向編號。

圖1 引水系統管道布置和分段節點編號示意圖

4.4 導葉關閉規律

根據電站機組參數，在兼顧系統甩負荷過程中的壓力上升和轉速上升的基礎上，經分析比較，選定的導葉關閉規律如圖2所示。采用兩段關閉，第一段關閉時間為4.12 s（含調速器不動時間0.2 s），接力器行程由100%至46.7%；第二段關閉時間為11.22s，接力器行程由46.7%至全關。

圖2 導葉關閉規律

5 計算結果及分析

5.1 調保計算成果表

調節保證計算成果見表1。

表1 調節保證計算成果表

5.2 機組大波動過渡過程變化曲線圖

4個工況下，機組大波動過渡過程中各特征參數隨時間的變化規律如圖3～圖6所示。

圖3 工況1 1號機組甩負荷大波動過渡過程特征參數結果

圖4 工況2 1號機組甩負荷大波動過渡過程特征參數結果

圖5 工況3 1號機組甩負荷大波動過渡過程特征參數結果

圖6 工況4 1號機組甩負荷大波動過渡過程特征參數結果

5.3 結果分析

從上述計算結果可以看出，在機組飛輪力矩25 000 kN·m2的和選定的導葉關閉規律條件下，甩負荷過程中，蝸殼末端最大壓力（約109.5 m）發生在工況1，最大轉速上升（約47.6%）發生在工況3，均滿足業主對調節保證的保證值要求。

據此確定本電站調速系統的調節參數，指導電站調試運行。

6 結論

通過本電站水輪機調節保證計算分析，在機組飛輪力矩為25 000 kN·m2時，選定的導葉關閉規律能滿足引水系統在極端工況下甩負荷的壓力上升和轉速上升的要求，為本電站的調試運行提供了指導原則。目前本電站尚未完工，調節保證計算成果最終將在試運行階段進行驗證。

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TV734.4

A

1672-5387（2016）07-0009-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.07.003

2016-05-06

姜源清（1979-），男，工程師，從事水電站水力機械設計工作。