深圳抽水蓄能電站首臺(tái)機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)研究

文樹潔，凡家異，陳泓宇，羅佑坤，李 青

（1.東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司，四川省德陽市 618000；2. 深圳蓄能發(fā)電有限公司，廣東省深圳市 518000）

0 引言

抽水蓄能電站機(jī)組工況轉(zhuǎn)換復(fù)雜，水力邊界條件多變。抽水蓄能電站水力過渡過程研究是保證電站及機(jī)組安全運(yùn)行的重要工作[1]。抽水蓄能電站真機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)是對(duì)抽水蓄能機(jī)組設(shè)計(jì)、制造和安裝質(zhì)量的關(guān)鍵考核性試驗(yàn)，也是對(duì)電站全系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力、機(jī)組安全可靠性的實(shí)際檢驗(yàn)[2]。

一管多機(jī)布置的抽水蓄能電站，首臺(tái)機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)將直接驗(yàn)證電站過渡過程的數(shù)學(xué)建模、仿真計(jì)算、導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律優(yōu)化以及誤差修正等方面的可靠性和準(zhǔn)確性[3]。本文針對(duì)深圳抽水蓄能電站首臺(tái)機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)各過渡過程關(guān)鍵特征參數(shù)進(jìn)行實(shí)測(cè)錄波分析，同時(shí)，對(duì)實(shí)測(cè)工況進(jìn)行水力過渡過程仿真計(jì)算。通過對(duì)比分析研究，驗(yàn)證了計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的基本一致性。再者，由于該抽水蓄能電站為一管四機(jī)的樞紐布置型式，其可能發(fā)生“多機(jī)同甩”“一甩多扛”或者“多甩一扛”等各種類型的復(fù)雜過渡工況，這需在后續(xù)的真機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)中進(jìn)行進(jìn)一步研究和驗(yàn)證。因此，這將為電站及機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。

1 電站概況及仿真計(jì)算模型簡(jiǎn)述

1.1 電站概況

深圳抽水蓄能電站位于廣東省深圳市鹽田區(qū)和龍崗區(qū)交界處，毗鄰香港特別行政區(qū)，站址距深圳市中心約20km。電站總裝機(jī)容量1200MW，單機(jī)容量300MW。電站輸水系統(tǒng)全長約4722m，其中引水系統(tǒng)長3467m，尾水系統(tǒng)洞長1255m，采用“一管四機(jī)”“四機(jī)合一洞”的樞紐布置型式，其引水和尾水系統(tǒng)分別各帶一個(gè)阻抗式調(diào)壓室。水輪機(jī)工況最高毛水頭466.81m，額定凈水頭419.0m，額定轉(zhuǎn)速428.6r/min，水泵水輪機(jī)的主要參數(shù)額定值見表1所示。深圳抽水蓄能電站首臺(tái)機(jī)組（即1號(hào)機(jī)組）于2017年10月3日完成甩100%Nr（Nr表示水輪機(jī)工況額定負(fù)荷）試驗(yàn)，各過渡過程特征參數(shù)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與計(jì)算值吻合度高，標(biāo)志著首臺(tái)機(jī)組已具備帶全負(fù)荷安全穩(wěn)定運(yùn)行的條件。

表1 深圳抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)主要參數(shù)的額定值Tab.1 Rated value of the main parameters of the Pump turbine of Shenzhen pumped storage power station

1.2 仿真計(jì)算模型簡(jiǎn)述

采用以瑞士洛桑工學(xué)院及Power Vison Engineering公司開發(fā)的商業(yè)水力過渡過程計(jì)算軟件為基礎(chǔ)并結(jié)合國內(nèi)過渡過程計(jì)算特殊要求進(jìn)行二次開發(fā)的成熟商業(yè)軟件系統(tǒng)，對(duì)深圳抽水蓄能電站輸水系統(tǒng)各水力元件及機(jī)組進(jìn)行仿真模擬，建立該電站機(jī)組過渡過程計(jì)算簡(jiǎn)圖，如圖1所示。

圖1中，PIPE1A～PIPE38表示輸水系統(tǒng)各管道，RESERV1、RESERV2分 別 表 示 上、 下 游 水庫，STANK1～STANK4分別表示調(diào)壓室和閘門井，F(xiàn)RURB1～FTURB4分別表示1～4號(hào)機(jī)組。

本文主要采用上述仿真模型對(duì)1號(hào)機(jī)組單機(jī)突甩不同負(fù)荷的幾個(gè)工況進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。因此，圖中僅對(duì)1號(hào)機(jī)組甩負(fù)荷進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算，并按照現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)要求進(jìn)行相應(yīng)的甩負(fù)荷工況復(fù)核；其他三臺(tái)機(jī)組（2～4號(hào)機(jī)）均處于停機(jī)狀態(tài)，不參與甩負(fù)荷。

2 電站調(diào)節(jié)保證要求

深圳抽水蓄能電站及其機(jī)組在各種過渡工況下，各主要特征參數(shù)按表2予以保證。

表2 主要特征參數(shù)的調(diào)節(jié)保證要求Tab.2 The requirement value of the regulation guarantee of the main characteristic parameters

表中，各特征參數(shù)的過渡過程保證值需考慮壓力脈動(dòng)和計(jì)算誤差進(jìn)行對(duì)過渡過程計(jì)算值進(jìn)行修正。因此，真機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)實(shí)測(cè)值與計(jì)算值的對(duì)比分析，應(yīng)該是指根據(jù)電站現(xiàn)場(chǎng)甩負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)的上、下庫水位，進(jìn)行相應(yīng)工況的預(yù)估計(jì)算得到的計(jì)算值經(jīng)修正后的值，與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)適當(dāng)處理后的值的對(duì)比分析。如此，方能保證對(duì)比分析的科學(xué)性和可靠性。

圖1 深圳抽水蓄能電站機(jī)組過渡過程計(jì)算簡(jiǎn)圖Fig.1 Sketch of the simulation of the transient process of Shenzhen pumped storage power station

3 導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律的優(yōu)化及調(diào)試確認(rèn)

3.1 導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律的優(yōu)化

為了表述方便，令深圳抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)四象限全特性曲線的最大導(dǎo)葉開度a=30°，對(duì)應(yīng)于導(dǎo)葉相對(duì)開度100%，且此時(shí)其對(duì)應(yīng)的接力器相對(duì)行程為y=100%。

根據(jù)過渡過程計(jì)算的要求，需要同時(shí)滿足蝸殼進(jìn)口壓力、尾水管進(jìn)口壓力以及轉(zhuǎn)速上升率的要求，所以需要對(duì)多個(gè)控制工況進(jìn)行聯(lián)合試算，綜合考慮各方面的影響后，優(yōu)化導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律，并選取其中較優(yōu)的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律對(duì)規(guī)定的所有工況進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)證，以此確定本電站相對(duì)最優(yōu)的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律[4]。

對(duì)于深圳抽水蓄能電站而言，經(jīng)過前期大量的優(yōu)化計(jì)算分析，水泵工況各特征參數(shù)較易滿足調(diào)節(jié)保證控制要求，水輪機(jī)工況的蝸殼進(jìn)口最大壓力也較易滿足要求；然而，由于電站采用一管四機(jī)樞紐布置型式，工況組合較為復(fù)雜，水輪機(jī)工況的尾水管進(jìn)口最小壓力的控制要求較難滿足，因此，應(yīng)選取表3所示的主要控制工況進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。

對(duì)于一管四機(jī)抽水蓄能電站過渡過程而言，導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律優(yōu)化計(jì)算分析的重點(diǎn)工作在于根據(jù)電站的電氣、電網(wǎng)的接線方式以及未來實(shí)際運(yùn)行、調(diào)度情況，合理確定不同的相繼甩負(fù)荷工況組合，科學(xué)地對(duì)可能發(fā)生的相繼甩負(fù)荷工況進(jìn)行最大限度的計(jì)算分析，最終優(yōu)化確定最優(yōu)的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律。

目前，采用東方電機(jī)自主開發(fā)的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律自動(dòng)優(yōu)化軟件進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，該自動(dòng)優(yōu)化軟件的操作界面如圖2所示。

3.2 過渡過程推薦的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律

經(jīng)過大量的優(yōu)化計(jì)算和分析，深圳抽水蓄能電站機(jī)組過渡過程推薦的水輪機(jī)工況的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律為：導(dǎo)葉采用先快后慢兩段折線關(guān)閉，拐點(diǎn)為導(dǎo)葉接力器相對(duì)行程70.0%，第一段關(guān)閉時(shí)間斜率為30s，第二段關(guān)閉時(shí)間斜率為90s，如圖3所示。過渡過程計(jì)算中，球閥不參與大波動(dòng)過渡過程調(diào)節(jié)，采用70s一段隨動(dòng)關(guān)閉。

圖2 自動(dòng)優(yōu)化軟件操作界面示意圖Fig.2 Sketch of the operation interface of the automatic optimization software

表3 導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律優(yōu)化計(jì)算時(shí)選取的主要控制工況Tab.3 Main control conditions selected for the optimal calculation of the guide vane closing law

3.3 調(diào)試確認(rèn)的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律和球閥關(guān)閉規(guī)律

在機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)前，已對(duì)機(jī)組的導(dǎo)葉接力器行程關(guān)閉規(guī)律和球閥關(guān)閉規(guī)律進(jìn)行調(diào)試，并盡量使其和推薦的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律及球閥關(guān)閉規(guī)律基本一致，但由于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試精度以及試驗(yàn)工況等的影響，仍然會(huì)和推薦的關(guān)閉時(shí)間斜率略有差異。對(duì)于深圳抽水蓄能電站，1號(hào)機(jī)組單甩100%Nr試驗(yàn)時(shí)（此時(shí)的接力器相對(duì)行程約為86.9%），導(dǎo)葉接力器行程和球閥關(guān)閉規(guī)律如圖4所示。

圖3 推薦的水輪機(jī)工況導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律示意圖Fig.3 The schematic diagram of the guide vane closing law recommended for the generation mode

圖4 甩負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)，實(shí)際調(diào)試的導(dǎo)葉接力器行程關(guān)閉規(guī)律（1號(hào)機(jī)組甩100% Nr試驗(yàn)時(shí)）Fig.4 The actual debugging guide vane closing law in the load rejection test （when the Unit 1# shedding 100%Nr load rejection test）

經(jīng)對(duì)比分析，圖4中調(diào)試確認(rèn)的關(guān)閉規(guī)律與圖3中推薦的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律略有差異。具體來看，調(diào)試確認(rèn)的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律為先快后慢兩段折線關(guān)閉，即第一段：從接力器相對(duì)行程86.9%到拐點(diǎn)70.7%，耗時(shí)為5.14 s，則第一段關(guān)閉時(shí)間斜率為31.7s；第二段：從拐點(diǎn)處關(guān)閉至0，耗時(shí)為65.6s，則第二段斜率為92.8s。其對(duì)比表4所示。

表4 調(diào)試實(shí)際確認(rèn)的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律與計(jì)算推薦的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律對(duì)比Tab.4 The comparison between the actual guide vane closing law and the recommended closing law

這與圖3所推薦的導(dǎo)葉接力器行程關(guān)閉規(guī)律基本吻合，差異不大。經(jīng)過導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律敏感性分析，我們認(rèn)為，實(shí)際調(diào)試的導(dǎo)葉接力器行程關(guān)閉規(guī)律與推薦的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律之間的差異不會(huì)對(duì)電站過渡過程帶來實(shí)質(zhì)性差異，電站1號(hào)機(jī)組采用調(diào)試確認(rèn)的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律進(jìn)行甩負(fù)荷試驗(yàn)是可行的，也是可靠的。

對(duì)于球閥關(guān)閉規(guī)律，實(shí)際確認(rèn)的球閥關(guān)閉規(guī)律約為80s一段關(guān)閉，較計(jì)算推薦的關(guān)閉規(guī)律略慢。由于球閥不參與大波動(dòng)過渡過程調(diào)節(jié)，其關(guān)閉斜率對(duì)過渡過程各特征參數(shù)極值幾乎無影響，因此，在實(shí)際工程中也是可行的。

本文中，為了使深圳抽水蓄能電站的水力過渡過程計(jì)算值與實(shí)測(cè)值保持最大程度的相同邊界條件，對(duì)1號(hào)機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)工況進(jìn)行復(fù)核計(jì)算時(shí)，均采用圖4所示的經(jīng)調(diào)試確認(rèn)的導(dǎo)葉接力器行程關(guān)閉規(guī)律。

4 真機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)實(shí)測(cè)與計(jì)算的對(duì)比分析研究

4.1 真機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)工況

在對(duì)該電站首臺(tái)機(jī)組（即1號(hào)機(jī)組）進(jìn)行全面調(diào)試時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)各方認(rèn)真組織了分析評(píng)估，經(jīng)向電網(wǎng)和調(diào)度方申請(qǐng)確認(rèn)，認(rèn)為可根據(jù)電站實(shí)際運(yùn)行情況，擇機(jī)進(jìn)行1號(hào)機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)。為了保證電站及機(jī)組的安全運(yùn)行，分別對(duì)1號(hào)機(jī)組進(jìn)行甩25%Nr、50%Nr和75%Nr以及100%Nr負(fù)荷試驗(yàn)，本文將對(duì)其進(jìn)行實(shí)測(cè)值與計(jì)算值的對(duì)比分析研究，其主要工況如表5所示。

表5 1號(hào)機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)工況列表Tab.1 Main load rejection test conditions for the Unit 1#

4.2 甩25% Nr試驗(yàn)實(shí)測(cè)與計(jì)算對(duì)比

在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)前，對(duì)1號(hào)機(jī)甩25%Nr負(fù)荷工況進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果提供給現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)組織方，經(jīng)分析討論，根據(jù)類似電站機(jī)組的甩負(fù)荷試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，一致認(rèn)為可進(jìn)行甩25%Nr負(fù)荷試驗(yàn)。數(shù)值計(jì)算極值與實(shí)測(cè)極值的對(duì)比如表6所示。

表6 工況D1的計(jì)算極值與實(shí)測(cè)極值對(duì)比Tab.6 Comparison of the calculation extreme value and the measured extreme value of the Condition D1

對(duì)比分析表6中甩25%Nr負(fù)荷試驗(yàn)的實(shí)測(cè)極值與計(jì)算極值，可初步分析預(yù)測(cè)1號(hào)機(jī)在相近水頭下甩50%Nr負(fù)荷的計(jì)算極值與實(shí)測(cè)極值的誤差修正量。

4.3 甩50% Nr試驗(yàn)實(shí)測(cè)與計(jì)算對(duì)比

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，1號(hào)機(jī)甩25%Nr和甩50%Nr負(fù)荷的水頭相近，且上、下游水位也基本相近，因此，可通過分析該機(jī)組甩低負(fù)荷（25%Nr）的實(shí)測(cè)極值與計(jì)算值之間的差異，采用逐步趨近的修正方法，分析確定修正系數(shù)及誤差修正量，使得計(jì)算修正后的極值與實(shí)測(cè)極值基本相近。

在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行1號(hào)機(jī)甩50%Nr負(fù)荷試驗(yàn)前，先對(duì)該試驗(yàn)工況進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。并根據(jù)相近水頭下甩低負(fù)荷試驗(yàn)的實(shí)測(cè)情況，通過計(jì)算及對(duì)比分析，確定修正量，得到過渡過程各相應(yīng)特征參數(shù)修正后的極值。該工況下，計(jì)算極值與實(shí)測(cè)極值的對(duì)比如表7所示。

表7 工況D2的計(jì)算極值與實(shí)測(cè)極值對(duì)比Tab.7 Comparison of the calculation extreme value and the measured extreme value of the Condition D2

采用置信度及移動(dòng)平均等方法對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的整理和分析，得到該工況下各主要特征參數(shù)的實(shí)測(cè)錄波曲線與計(jì)算值隨時(shí)間的波動(dòng)變化曲線，如圖5所示。

由表7及圖5可知，機(jī)組轉(zhuǎn)速上升率的計(jì)算極值與實(shí)測(cè)極值差異很小，且波動(dòng)趨勢(shì)基本保持一致。按照上述逐步趨近的修正方法，蝸殼進(jìn)口最大壓力的計(jì)算修正后的極值與實(shí)測(cè)極值之間的差值為7.27m，差異較小，且比較圖中計(jì)算值與實(shí)測(cè)值（尤其是實(shí)測(cè)均值波動(dòng)曲線），兩者的波動(dòng)趨勢(shì)基本一致。

圖5 1號(hào)機(jī)組甩50% Nr，機(jī)組轉(zhuǎn)速、蝸殼進(jìn)口壓力和尾水管進(jìn)口壓力實(shí)測(cè)值與計(jì)算的對(duì)比Fig.5 Comparison of measured values and calculated values of unit speed，spiral case inlet pressure and draft tube inlet pressure，when Unit 1# 50% Nr load rejection

對(duì)于尾水管進(jìn)口壓力而言，計(jì)算修正后的極值與實(shí)測(cè)極值有一定的差異，這表明此時(shí)誤差修正量不足。對(duì)尾水管進(jìn)口壓力的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行97%置信度處理，其上、下包絡(luò)線的范圍如圖5中（c）的粉紅色線及土黃色線所示。分析圖中尾水管進(jìn)口壓力實(shí)測(cè)錄波曲線與計(jì)算值波動(dòng)變化曲線，可以發(fā)現(xiàn)，計(jì)算值波動(dòng)曲線與實(shí)測(cè)均值波動(dòng)曲線波動(dòng)趨勢(shì)是一致的，且實(shí)測(cè)均值的極值與計(jì)算極值的發(fā)生區(qū)域也是基本相同的，兩者的吻合程度較高；然而，實(shí)測(cè)壓力數(shù)據(jù)的波動(dòng)幅度較大，其與計(jì)算值有一定的偏差。分析認(rèn)為，造成這一差異的原因，可能是1號(hào)機(jī)甩50Nr負(fù)荷時(shí)，尾水管壓力波動(dòng)較大，從而出現(xiàn)了尾水管進(jìn)口最小壓力的實(shí)測(cè)極值比預(yù)測(cè)值略低的情況。但是，這一波動(dòng)并不會(huì)對(duì)尾水管壓力造成實(shí)質(zhì)的影響。

綜合分析討論認(rèn)為，可繼續(xù)進(jìn)行1號(hào)機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)；而且，在對(duì)后續(xù)試驗(yàn)工況下尾水管進(jìn)口壓力進(jìn)行修正時(shí)，應(yīng)適當(dāng)考慮壓力波動(dòng)對(duì)尾水管進(jìn)口壓力極值的影響。

4.4 甩75% Nr試驗(yàn)實(shí)測(cè)與計(jì)算對(duì)比

在1號(hào)機(jī)甩75%Nr試驗(yàn)前，對(duì)工況D3進(jìn)行初步計(jì)算。結(jié)合之前相近水頭下同一機(jī)組甩25%Nr和甩50%Nr負(fù)荷試驗(yàn)實(shí)測(cè)值與計(jì)算值的對(duì)比分析，仍然采用逐步趨近的修正方法，對(duì)計(jì)算值進(jìn)行合理修正后，用計(jì)算修正后的值預(yù)估甩負(fù)荷試驗(yàn)中各主要特征參數(shù)的極值表現(xiàn)。工況D3的計(jì)算極值與實(shí)測(cè)極值對(duì)比見表8。

表8 工況D3的計(jì)算極值與實(shí)測(cè)極值對(duì)比Tab.8 Comparison of the calculation extreme value and the measured extreme value of the Condition D3

由表8可知，計(jì)算極值（經(jīng)修正后的值）與實(shí)測(cè)極值基本一致。機(jī)組轉(zhuǎn)速上升率，計(jì)算極值與實(shí)測(cè)極值的差值為0.14%，相差極小，兩者基本一致。 蝸殼進(jìn)口最大壓力，計(jì)算修正后的值與實(shí)測(cè)極值的差值為19.4m，表明修正幅度略微超過實(shí)際情況，計(jì)算修正值偏于保守，這可在后續(xù)的甩負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)修正預(yù)測(cè)時(shí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)膶?shí)時(shí)完善，以使得計(jì)算修正后的極值更為趨近于實(shí)測(cè)極值。尾水管進(jìn)口最小壓力，計(jì)算修正后的極值與實(shí)測(cè)極值的差值為-5.71m，表明修正仍然是偏于保守的，且兩者相差較小，表現(xiàn)基本一致。

工況D3的實(shí)測(cè)錄波圖形與計(jì)算值隨時(shí)間的變化過程對(duì)比如圖6所示。

圖6中，機(jī)組轉(zhuǎn)速、蝸殼進(jìn)口壓力和尾水管進(jìn)口壓力的實(shí)測(cè)錄波圖形與計(jì)算值波動(dòng)圖形基本一致。特別地，對(duì)于尾水管進(jìn)口壓力而言，實(shí)測(cè)均值的波動(dòng)趨勢(shì)和計(jì)算值的波動(dòng)趨勢(shì)幾乎是吻合的，且實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的波動(dòng)幅度較小。這表明，采用本文所述的逐步趨近法對(duì)各主要特征參數(shù)的計(jì)算極值進(jìn)行修正，以預(yù)測(cè)其實(shí)測(cè)值的方法是可行的；計(jì)算及實(shí)測(cè)結(jié)果表明，深圳抽水蓄能電站1號(hào)機(jī)組甩75%Nr負(fù)荷試驗(yàn)是成功的，可進(jìn)行下一步甩100%Nr負(fù)荷試驗(yàn)。

4.5 甩100%Nr試驗(yàn)實(shí)測(cè)與計(jì)算對(duì)比

同樣地，先對(duì)甩100%Nr負(fù)荷試驗(yàn)工況D4進(jìn)行了初步計(jì)算，并采用上述相同的修正方法對(duì)計(jì)算值進(jìn)行修正，用計(jì)算修正后的值預(yù)估甩負(fù)荷試驗(yàn)中各主要特征參數(shù)的極值表現(xiàn)。工況D4的計(jì)算極值與實(shí)測(cè)極值對(duì)比見表9。

表9 工況D4的計(jì)算極值與實(shí)測(cè)極值對(duì)比Tab.9 Comparison of the calculation extreme value and the measured extreme value of the Condition D4

由表9可知，各特征參數(shù)的計(jì)算極值（經(jīng)修正后的值）與實(shí)測(cè)極值基本一致。機(jī)組轉(zhuǎn)速上升率，計(jì)算修正后的值與實(shí)測(cè)極值的差值為2.01%，相差不大。蝸殼進(jìn)口最大壓力，計(jì)算修正后的值與實(shí)測(cè)極值的差值為-1.12m，兩者相差極小，基本一致。尾水管進(jìn)口最小壓力，計(jì)算修正后的極值與實(shí)測(cè)極值的差值為-3.91m，表明修正仍然是略微偏于保守的，且兩者相差很小，表現(xiàn)基本一致。工況D4的實(shí)測(cè)錄波圖形與計(jì)算值隨時(shí)間的變化過程對(duì)比如圖7所示。

圖6 1號(hào)機(jī)組甩75%Nr，機(jī)組轉(zhuǎn)速、蝸殼進(jìn)口壓力和尾水管進(jìn)口壓力實(shí)測(cè)值與計(jì)算的對(duì)比Fig.6 Comparison of measured values and calculated values of unit speed，spiral case inlet pressure and draft tube inlet pressure，when Unit 1# 75%Nr load rejection

圖7 1號(hào)機(jī)組甩100%Nr，機(jī)組轉(zhuǎn)速、蝸殼進(jìn)口壓力和尾水管進(jìn)口壓力實(shí)測(cè)值與計(jì)算值的對(duì)比Fig.7 Comparison of measured values and calculated values of unit speed，spiral case inlet pressure and draft tube inlet pressure，when Unit 1# 100%Nr load rejection

圖7中，機(jī)組轉(zhuǎn)速、蝸殼進(jìn)口壓力和尾水管進(jìn)口壓力的實(shí)測(cè)錄波圖形與計(jì)算值波動(dòng)圖形差別不大。但是，圖7中（a），經(jīng)與測(cè)試人員確認(rèn)，該電站中央監(jiān)控室的轉(zhuǎn)速波形圖并未出現(xiàn)上述鋸齒狀陡變，因此，可初步判定可能是傳感器出現(xiàn)某些問題導(dǎo)致了測(cè)試數(shù)據(jù)的這種不正常表現(xiàn)，故可將其實(shí)測(cè)均值與計(jì)算值進(jìn)行分析比較，機(jī)組轉(zhuǎn)速實(shí)測(cè)值的均值與計(jì)算值的波動(dòng)趨勢(shì)基本一致。

而對(duì)于圖7中（c）的尾水管進(jìn)口壓力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，局部區(qū)域出現(xiàn)波動(dòng)較大的情況，因此可按照甩低負(fù)荷、部分負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)采取的分析方法，對(duì)其進(jìn)行97%置信度處理，得到實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的上、下包絡(luò)線，再將其與計(jì)算值進(jìn)行比較分析，以便更為清晰地呈現(xiàn)計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之間的相互關(guān)系。對(duì)比表明，實(shí)測(cè)均值的波動(dòng)趨勢(shì)和計(jì)算值的波動(dòng)趨勢(shì)幾乎是吻合的，且計(jì)算值經(jīng)修正后的值可基本將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)處理后的上、下包絡(luò)線[即圖7中（c）的置信區(qū)間上限和置信區(qū)間下限]的波動(dòng)范圍所覆蓋。這表明，深圳抽水蓄能電站1號(hào)機(jī)組甩100%Nr負(fù)荷試驗(yàn)是成功的，且各主要特征參數(shù)的實(shí)測(cè)極值表現(xiàn)與計(jì)算值是基本吻合的。

4.6 小結(jié)

綜合深圳抽水蓄能電站1號(hào)機(jī)甩25%Nr、甩50%Nr和甩75%Nr以及甩100%Nr負(fù)荷的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的對(duì)比分析，結(jié)果表明：

（1）在電站真機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)，在相近水頭及上、下游水位條件下，可通過甩低負(fù)荷（甩25%Nr）試驗(yàn)工況下各特征參數(shù)的仿真計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果及其相互之間的吻合程度，逐步修正并預(yù)測(cè)甩部分負(fù)荷（甩50%Nr和75%Nr）試驗(yàn)，再逐步修正并預(yù)測(cè)甩滿負(fù)荷（甩100%Nr）試驗(yàn)。經(jīng)對(duì)比表明，計(jì)算修正后的極值與實(shí)測(cè)極值基本一致，上述逐步趨近的修正方法對(duì)于甩負(fù)荷試驗(yàn)工況的預(yù)測(cè)分析是科學(xué)可靠的。

（2）各試驗(yàn)工況下，機(jī)組轉(zhuǎn)速上升率、蝸殼進(jìn)口壓力和尾水管進(jìn)口壓力的實(shí)測(cè)錄波圖形與計(jì)算值的波動(dòng)圖形變化趨勢(shì)基本一致，且實(shí)測(cè)均值與計(jì)算均值的吻合度較好。

（3）深圳抽水蓄能電站1號(hào)機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)是成功的，這也驗(yàn)證了深圳抽水蓄能電站機(jī)組過渡過程計(jì)算的數(shù)學(xué)建模和仿真計(jì)算的準(zhǔn)確性。

5 結(jié)束語

針對(duì)深圳抽水蓄能電站1號(hào)機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)，本文首先確認(rèn)了實(shí)際調(diào)試的關(guān)閉規(guī)律的可行性及可靠性。同時(shí)，研究并采用了逐步趨近的修正方法，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正，其修正后的值與實(shí)測(cè)極值基本一致，這表明該修正方法是科學(xué)合理的，可較好地通過計(jì)算極值預(yù)測(cè)實(shí)測(cè)極值。再者，對(duì)各過渡過程關(guān)鍵特征參數(shù)進(jìn)行了實(shí)測(cè)錄波分析，同時(shí)，對(duì)實(shí)測(cè)工況進(jìn)行水力過渡過程仿真計(jì)算，并采用置信度和移動(dòng)平均值等方法對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究。通過計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比分析，結(jié)果表明：機(jī)組轉(zhuǎn)速最大上升率、蝸殼進(jìn)口最大壓力和尾水管進(jìn)口最小壓力等關(guān)鍵特征參數(shù)的實(shí)測(cè)極值與計(jì)算極值經(jīng)修正后的值基本一致；實(shí)測(cè)值的錄波圖形與計(jì)算值的波動(dòng)圖形變化趨勢(shì)基本一致，且實(shí)測(cè)均值于計(jì)算均值的吻合度較好。這驗(yàn)證了深圳抽水蓄能電站機(jī)組過渡過程的數(shù)學(xué)建模、仿真計(jì)算和導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律等方面的可靠性和準(zhǔn)確性。

然而，由于深圳抽水蓄能電站為一管四機(jī)的樞紐布置型式，其存在“兩機(jī)同甩”“三機(jī)同甩”和“四機(jī)同甩”等過渡工況發(fā)生的可能性。因此，在未來的研究中，我們將持續(xù)關(guān)注該抽水蓄能電站“兩機(jī)同甩” “多機(jī)同甩”和“一甩多扛”以及“多甩一扛”等真機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)情況，同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)試驗(yàn)工況的仿真計(jì)算研究，并進(jìn)行進(jìn)一步地對(duì)比分析，以期為后續(xù)抽水蓄能電站機(jī)組甩負(fù)荷的分析研究提供參考。

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文樹潔（1979—），男，高級(jí)工程師，主要研究方向：水輪機(jī)設(shè)計(jì)及技術(shù)管理等。E-mail： wenshujie@163.com

凡家異（1987—），男，碩士，工程師，主要研究方向：水輪機(jī)初步設(shè)計(jì)及電站水力過渡過程研究等。E-mail： funjayi@163.com

陳泓宇（1975—），男，高級(jí)工程師，主要研究方向：電站基建和電廠技術(shù)管理。E-mail： 542120791@qq.com

羅佑坤（1981—），男，工程師，主要研究方向：水電站運(yùn)行管理。E-mail：465754018@qq.com

李 青（1987—），男，工程師，主要研究方向：計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、抽水蓄能電站機(jī)電安裝管理。E-mail：lsqslz@163.com