三佳電站導葉分段關閉調節保證計算

佘建軍，姜明利，謝敏萍

（1.玉溪市水利電力勘測設計院，云南 玉溪 653100；2.中國水利水電科學研究院，北京 100038；3.華北水利水電大學，河南 鄭州 450045）

1 前言

水電站機組調節保證計算是對機組突然改變運行工況時機組調節系統過渡過程的特性研究，目的是選定合理的導葉關閉規律，保證機組的轉速變化和壓力變化在合理和標準允許的范圍內，從而保證機組和電站壓力系統的安全穩定運行。

三佳電站位于云南省華寧縣華溪鎮三家村地界內，珠江流域南盤江水系右岸一級支流曲江上，距離華寧縣城42 km，交通便利。壩址以上控制徑流面積2 888 km2。該電站屬引水式，發電引用流量41.4 m3/s，設計水頭38.6 m，裝機容量3×4 500 kW，采用立式機組布設，廠區位于順流的左岸。電站控制方式采用計算機監控系統，按“無人值班”（少人值守）方式設計。

電站采用有壓引水方式引水隧洞長340 m，洞徑4.2 m，鋼筋混凝土洞壁厚40 cm，支管采用壓力鋼管形式，長約24 m，管徑2.0 m，管壁厚約2.0 cm。有壓系統的設計壓力為58 m。

2 電站及機組主要技術參數

2.1 電站主要參數

表1 電站主要參數

2.2 機組主要參數

表2 機組主要參數

3 導葉分段關閉調保計算

水電站機組調節保證計算是對機組突然改變運行工況時機組調節系統過渡過程的特性研究，目的是選定合理的導葉關閉規律，保證機組的轉速變化和壓力變化在合理和標準允許的范圍內，從而保證機組和電站壓力系統的安全穩定運行。

3.1 有壓隧洞及壓力鋼管布置

電站采用有壓引水方式引水隧洞長340 m，洞徑4.2 m，鋼筋混凝土洞壁厚40 cm，支管采用壓力鋼管形式，長約24 m，管徑2.0 m，管壁厚約2.0 cm。有壓系統的設計壓力為58 m。其管路各段水力計算參數如表3：

表3 隧洞特征參數

表4 各管段水力計算表

3.2 分段關閉拐點開度選擇

通過對有壓引水系統的分析，其最高壓力不能超過58 m。按最大水頭計算則壓力上升值要小于38%，轉速上升可以達60%。基于以上條件，其分段關閉的拐點開度應在83%～87%之間選擇。通過計算確定拐點相對開度為85%。

3.3 分段關閉時間確定計算

根據計算tr＜Ts電站有壓系統發生間接水擊，并且ρτ0＞1.5最大水擊發生在末相，但按末相水擊計算，其壓力上升和轉速上升均不滿足調保要求，因此采用分段關閉方式，控制轉速上升值，通過導葉先快關閉后慢關閉的分段關閉方式，實現轉速控制。把最大壓力上升控制在首相，因此利用首相公式計算得出快關時間為1.10 s。慢關時間則通過末相水擊公式計算為30 s。轉速控制按水輪發電機組的慣性力矩特性，在快關段的直線關閉時間內完成轉速最大上升，在慢關機段時通過機組的力矩特性逐漸減速，其快關段直線關閉時間為7.859 s。

3.4 拐點及關閉過程最大壓力上升結果

拐點壓力按首相公式計算，慢關閉過程的壓力上升按末相公式進行計算，其計算結果見表5。

表5 拐點及關閉過程最大壓力計算結果

3.5 拐點及關閉過程最大轉速上升結果

拐點轉速按首相公式計算，其計算結果見表6：

表6 拐點及關閉過程最大轉速計算結果

4 結論

（1）由于電站的壓力隧洞設計壓力較小，僅為58 m，在計算時首先應滿足壓力上升的要求，因此拐點相對開度較大，直線關閉時間較長，轉速上升接近60%，而且壓力值也達到設計壓力值，基本達到調保計算要求。

（2）本計算為分段關閉調節保證計算的極值計算，在最大水頭下出現最大壓力上升，最大壓力為57.014 m略低于設計壓力，由于壓力隧洞取水口為龍抬頭，則整個隧洞均處于同一壓力線，因此整條隧洞的壓力均應按58 m設計。

（3）按本分段關閉規律進行調節保證計算，其最大轉速上升極值為580.312 r/min，轉速上升接近規范規定的60%轉速上升值，因此機組在設計時其強度應按轉速上升率不小于60%進行設計。

（4）該計算為理論計算，與電站實際情況有待于在今后運行中驗證，因此，還存在許多不確定因素。為確保安全，提出以下建議：

1）提高壓力隧洞的設計標準，按目前相關規范的要求，水頭在40 m左右的電站有壓隧洞的設計值應不大于最高水頭的150%。如果標準提高可適當加大拐點開度，降低壓力上升的極值。

2）增加機組轉動慣量，降低轉速上升值同時也可適當加大拐點開度，使得計算裕度更大。