蟠龍抽水蓄能電站相繼甩負荷時間敏感性分析

2017-03-20 06:34:35邱樹先

水力發電 2017年11期

趙路，邱樹先，馮艷

(1.水能資源利用關鍵技術湖南省重點實驗室，湖南長沙410014；2.中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南長沙410014)

0 引言

抽水蓄能電站一般具有水頭高、輸水線路長的特點，為了降低工程投資，輸水隧洞通常采用一洞多機的布置方式，但水力學特性更加復雜，存在一臺機組甩負荷緊急停機，產生的水力干擾影響到其他正常運行機組，誘發相繼甩負荷工況的可能性。

輸水系統相繼甩負荷工況下的調壓室涌浪極值，理論上存在一個最危險的間隔時刻點，國內專家學者已從調壓室基本方程出發，推導出任意時刻甩負荷調壓室最高涌浪的公式[1-2]，從根本上解決了調壓室高度的設計問題。但是，由于甩負荷過程具有極強非線性，不便于理論分析，對于蝸殼末端最大壓力、尾水管進口最小壓力、機組轉速上升值的極值，需要進行敏感性分析[3]。

1 工程概況

蟠龍抽水蓄能電站位于重慶市綦江縣西南部中峰鎮境內，距重慶市渝中區直線距離約80 km，距綦江縣城約50 km。電站裝機容量1 200 MW，電站建成后將供電重慶市主網，主要承擔重慶電網的調峰、填谷、調頻、調相、事故備用等任務，是重慶市未來電網中重要的骨干電源。上水庫正常蓄水位995.50 m，死水位981.00 m。下水庫正常蓄水位549.00 m，死水位533.00 m。電站安裝4臺300 MW可逆式水泵水輪電動發電機組，電站發電最大水頭462.50 m，最小水頭418.72 m，額定水頭428.00 m。最大抽水揚程473.61m，最小抽水揚程437.66 m。

圖1 蟠龍抽水蓄能電站過渡過程計算示意

蟠龍抽水蓄能電站輸水發電系統上水庫進/出水口布置在上水庫壩址上游左岸，距左壩肩約100 m處。引水系統按一洞兩機布置，設置上游調壓室。引水主洞直徑6.50～5.0 m，支洞直徑3.40 m，輸水線路斜進廠房，與廠房軸線交角65，尾水系統采用單機單洞的布置方式，尾水隧洞與廠房軸線正交，尾水隧洞直徑為5.20 m。從上庫進/出水口至下庫進/出水口，輸水系統總長約2 156～2 188 m。

2 計算模型與控制條件

2.1 計算模型

采用TOPSYS數值模型，進行數值仿真分析。根據蟠龍抽水蓄能電站引水發電管道系統的布置方案，其過渡過程計算過程如圖1所示，計算采用與本電站機組參數近似的仙游機組特性曲線。圖1中J1、J2、J3、J4分別代表1、2、3、4號機組，J15、J16代表上游調壓室。

2.2 控制條件

近年來，隨著仿真計算方法的逐漸成熟和工程經驗的日益積累，對調節保證設計值有了更加深刻的認識。由于現行規范[4]推薦的壓力升高率是基于技術經濟性進行考慮的，所以在合理設計范圍內，應嚴格限制轉速上升和壓力下降，可適當放寬壓力上升，本文不對壓力升高值進行限制。

調節保證設計值應在水力過渡過程計算值的基礎上考慮計算誤差、壓力脈動進行修正后確定。對于最大水頭大于200 m的抽水蓄能電站：引水系統壓力脈動引起的壓力上升可按甩前凈水頭的7%～5%選取；計算誤差可按壓力上升值的10%選取。尾水系統渦流引起的壓力下降可按甩前凈水頭的3.5%～2.0%選取，計算誤差可按尾水管進口壓力下降值的7%～10%選取。根據調節保證設計值[4]反算得到的水力過渡過程計算值，需滿足以下要求：①尾水管進口允許最小水壓力16.00 m；②機組允許最大速率上升率45%。

2.3 關閉規律

參考類似工程經驗，本文導葉計算采用一段式直線關閉/開啟規律。水泵水輪機導葉關閉規律見圖2，采用100%最大開度下50 s直線關閉，相應88.65%額定開度下44.35 s直線關閉。導葉開啟規律見圖3，從空載開度29.87%增加到滿開度88.65%的時間為30 s。

圖2 水輪機工況導葉直線關閉規律

圖3 水輪機工況導葉開啟規律

3 相繼甩負荷敏感性分析

選取2個典型的水輪機工況，采用導葉關閉、不關球閥進行相繼甩負荷間隔時間的敏感性分析。①工況一。水輪機工況，上庫校核洪水位996.79 m，額定出力306.1 MW，下庫死水位549 m，同一調壓井的兩臺機組正常工作時，同一水力單元2臺機組同時/相繼甩全負荷；②工況二。水輪機工況，上庫正常蓄水位996.79 m，下庫死水位549 m，額定出力306.1 MW，同一水力單元2臺機組同時/相繼甩全負荷。工況D1和D2兩種工況下，蝸殼進口最大壓力、尾水管出口最小壓力、轉速最大升高值與相機甩負荷間隔時間的關系見圖4～9。從圖4～9可以看出，隨著甩負荷時間間隔的延長：

(1)蝸殼末端最大動水壓力值有先減小后增大的波動的變化規律，時間間隔大于2 s后均小于機組同時甩負荷情況下最大動水壓力值。兩臺機組的變化規律一致。