烏茲別克斯坦某水電站以調壓閥代替調壓井的研究

孫劍峰，李亞鴿，周同旭，安亞臣，盧三春

（1.東方電氣集團國際合作公司，四川 成都611731，2.天津電氣科學研究院有限公司，天津300180）

1 概述

為保證電站運行安全，對長有壓引水系統的水電站，通常采用調壓閥或者調壓井解決水壓上升和機組速率上升的問題。但是設置調壓井面臨破壞植被、不利于環保、土建工程量大、資金投入大的問題；由于地形、地質條件的限制，某些電站建造調壓井非常困難；對于部分舊電站，原調壓井根本無法擴建以適應電站增容改造之需求等。

烏茲別克斯坦卡姆奇克（Kamchik）小型水電站位于烏茲別克斯坦共和國納曼干州阿漢加蘭河上，為引水式發電站。該電站是東方電氣積極落實國家“一帶一路”倡議，以綠色動力驅動中國和世界經濟發展的典型案例。電站額定水頭93 m，Tw值為13.14 s，引水系統長度共3 735 m，其中壓力鋼管3 576 m，由取水口、引水管路、發電廠房、尾水、開關站等組成，共安裝2臺立式10.5 MW的立式水輪發電機組（大機）和2臺2.75 MW臥式水輪發電機組（小機），詳細機組參數如表1所示。由于當地土質疏松，不適合設置調壓井，東方電氣采用天津電氣科學研究院有限公司生產的2臺DN700和2臺DN400的彎管式調壓閥代替調壓井。

2 調壓閥的選型計算

表1 機組參數

根據電站設計要求，按照蝸殼允許最大壓力升高率ξ≤30%，機組最大轉速上升率β≤50%的要求，對調壓閥進行選型計算。

2.1 機組快關機時間TS

大機組快關機時間TS計算：

式中：c—水錘壓力影響系數；

NT—水輪機出力；

GD2—機組轉動慣量；

n0—機組額定轉速；

nr—水輪機飛逸轉速。

由以上計算公式，求得KTS=6.92，通過查計算水錘曲線（圖 1所示），取K=0.86，因此，得出TS=8.05 s；根據以上計算方法，得出小機組快關機時間TS=3.87 s。

圖1 計算水錘用的曲線

2.2 機組慢關機時間TSS

管道特性系數hw：

當hw＞1.5時，為末相水錘。按照斯巴爾（Sparre）公式：

根據機組快關時間TS、慢關時間TSS和帶有調壓閥系統的仿真計算結果的綜合分析，選用調壓閥型號為TFL700/235，調壓閥直徑D=700 mm，最大行程S=235 mm，小機組調壓閥直徑D=400 mm，最大行程S=200 mm，調壓閥的布置如圖2和圖3所示。

3 電站的過渡過程計算

根據天津電氣科學研究院和中國水利水電科學研究院共同開發的《水輪機調節系統過渡過程計算分析軟件》，對烏茲別克斯坦卡姆奇克水電站單臺機組進行了甩100%負荷、開機啟動以及系統參數優化的仿真計算：

圖2 大機組調壓閥布置圖

圖3 小機組調壓閥布置圖

（1）大機組單臺甩100%負荷，導葉關閉時間為7 s，調壓閥打開時間為7 s時，壓力上升18.8%，發電機轉速上升48.6%，機組進入小波動后，系統穩定，如圖4所示。

圖4 大機甩100%負荷

（2）機組啟動時，達到額定轉速所用時間53 s，壓力上升14.5%，壓力下降19%，發電機轉速上升3.0%，如圖5所示。

圖5 大機開機啟動

（3）小機組單臺甩100%負荷，導葉關閉時間為4 s，調壓閥打開時間為4 s時，壓力上升5.0%，發電機轉速上升44.5%，機組進入小波動后，系統穩定，如圖6所示。

圖6 小機甩100%負荷

（4）小機組啟動時，達到額定轉速所用時間23 s，壓力上升3.6%，壓力下降4.5%，發電機轉速上升2.0%，如圖7所示。

圖7 小機開機啟動

通過過渡過程仿真計算，機組轉速上升、水壓上升、穩態轉速擺動值及調節時間均滿足GB/T9652和IEC60308《水輪機調速系統試驗國際規程》中的有關規定要求。

天津電氣科學研究院有限公司研制的調壓閥及其液壓連鎖控制系統，其調速器控制調壓閥采用特殊主配壓閥控制，在機組甩負荷過程中，調速器控制關閉水輪機導葉與調速器控制調壓閥開啟，具有機械液壓協聯及閉鎖功能，即調速器通過高油壓特殊主配壓閥控制，導葉關閉與調壓閥開啟成液壓協聯同步控制。當調壓閥拒動時，調速器特殊主配壓閥控制系統應由快關轉為慢關，以保證引水管道的水壓上升不超過鋼管要求規定值。

4 結語

采用以調壓閥代替調壓井技術，解決了烏茲別克斯坦卡姆奇克水電站因地質環境等因素不利于建造調壓井的困難，同時節省了土建工程量和建設投資，在施工安全上和在生態安全性上具有明顯的優勢。

通過對調壓閥的選型計算和帶有調壓閥系統的過渡過程計算的綜合對比分析，完全可以使用調壓閥來代替調壓井對水輪機機組進行調節，機組轉速上升、水壓上升、穩態轉速擺動值及調節時間均滿足要求。