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1、二塬子水电站二塬子水电站 输水系统过渡过程仿真计算输水系统过渡过程仿真计算研究报告研究报告河海大学河海大学2017 年年 7 月月二塬子水电站二塬子水电站 输水系统过渡过程仿真计算研究输水系统过渡过程仿真计算研究项目负责人：项目负责人：蔡付林 周建旭主要参加人：主要参加人：曹 青 胡 明 张 雯 花玉龙李永发 郭 强 刘跃飞 顾金彤河海大学河海大学2017 年年 7 月月目目 录录第一章第一章 工程概况和研究内容工程概况和研究内容1第一节 工程概况和基本资料1第二节 计算研究目的和内容6第二章第二章 计算理论和计算方法计算理论和计算方法9第一节 计算理论9第二节 计算方法9第三章第三章 有压输
2、水系统数学模型有压输水系统数学模型14第一节 管道划分和相关参数14第二节 机组特性曲线处理方法16第三节 引水发电系统数学模型18第四章第四章 机组导叶和调压阀启闭规律的优化选择机组导叶和调压阀启闭规律的优化选择22第一节 说 明22第二节 机组导叶和调压阀启闭规律的优化选择22第三节 调压阀拒动时机组导叶关闭规律分析26第四节 调压阀启闭规律的确定27第五章第五章 有压输水系统过渡过程计算分析有压输水系统过渡过程计算分析30第一节 大波动过渡过程计算分析30第二节 小波动稳定性分析46第三节 水力干扰稳定性分析49第六章第六章 结论与建议结论与建议520第一章第一章 工程概况和研究内容工程
3、概况和研究内容第一节第一节 工程概况和基本资料工程概况和基本资料一、一、工程概况工程概况二塬子水电站是利用原设计北干线压力管道 1#调节池与 2#调节池之间N27+434.1N29+208.1 段，水头差约 101m 发电。发完电后，供水水量通过电站尾水再退入原压力管道。这样，在不影响供水的情况下，充分利用水能资源，做到一水多用。 电站站址位于西安数字学院南侧，电站装机容量 2400kW，安装 3 台混流式机组。工程为等中型工程，主要建筑物为 3 级建筑物，次要及临时建筑物为 4 级建筑物。本电站采用地面厂房布置形式，厂内共装有三台单机容量为 800kW 卧式水轮发电机组，总装机容量为 240
4、0kW。输水管线由厂房右侧通过，设有闸阀、调压阀及旁通泄水阀等管线调压设施，满足电站不发电时，保证供水不受影响。电站厂区建筑物包括主、副厂房、尾水池、尾水管、宿办楼及道路等部分。主厂房采用“一”字型布置，由安装间、主机间组成，机组安装高程为628.60m，地面高程 627.96m，安装间位于主厂房右端，与机组层同高，主厂房宽度为 12.5m，总长为 41m。厂区地坪高程为 627.81m。副厂房位于主厂房上游侧，地板高程 627.96m，宽度 9.30m。尾水闸后接尾水池，尾水池宽度为 5m，长度为26.5m。尾水池后接尾水管，采用预应力钢筒砼管，管径 1.6m，长 49.62m。尾水管后接
5、2#调节池。二、基本资料二、基本资料1主要水位参数主要水位参数前池设计水位应为 726.92m，前池最高水位应为 727.42m，前池最低水位应为726.82m，一台机额定流量对应的尾水位 625.70m，两台机额定流量对应的尾水位，三台机额定流量对应的尾水位 625.91m，最高尾水位 626.34m。12输水管道输水管道输水管道 N29+146.3m（G0+000.0）处设 1 个“卜”型岔管，分岔角 60，岔管中心高程 628.06m，第 1 条支管连接后续输水系统，第 2 条支管给电站供水。岔管采用 Q345 钢材，内径 1400mm，外径 1432mm；电站侧采用法兰连接，法兰规格P
6、N1.6MPa。岔管处镇墩尺寸：长 13m，宽 9.6m，高 3.6m。考虑电站与输水管道系统不能同步施工，同时通水，为了不影响水厂正常供水，在发电管道增设 1 道施工蝶阀，蝶阀型号 DT-D944H-20 DN1400。考虑岔管镇墩的尺寸，蝶阀中心为G0+010.92m，阀后设伸缩节。阀井内径 5.0m，深 4.3m，壁厚 0.5m,采用 C25 钢筋砼结构。蝶阀后再接 2 个“卜”型岔管和 3 条支管分别为 3 台机组供水。供水岔管与 1#岔管之间管径为 1.4m，1#岔管与 2#岔管之间管径为 1m，支管管径为 0.6m。供水岔管蝶阀中心长度 10.855m，蝶阀中心1#岔管中心长度 7
7、.851m ，1#2#岔管中心长度 11.547m，1#支管长 26.424m，2#支管长 20.13m，3#支管长25.67m。3机组参数机组参数水轮机最大水头：100.62m；额定水头：96.5m；最小水头：95.95 m；额定流量：1.033m3/s；额定转速：1000r/min；水轮机额定出力：860kW；安装高程；628.60m。轮机型号 HLA351WJ64，转轮标称直径 64cm，模型综合特性曲线和飞逸特性曲线见图 1-1图 1-2；水轮发电机组的转动惯量 1.06t.m2。 4调压阀流量特性曲线调压阀流量特性曲线 调压阀型号为TFW-300，其流量特性曲线见图1-3。5图纸图纸
8、(1)枢纽总平面布置见图 1-4，压力管道纵剖面见图 1-5。(2)调压阀布置见图1-6和图1-7。2图图 1-1 HLA351 转轮模型综合特性曲线转轮模型综合特性曲线 3图图 1-2 HLA351 转轮飞逸特性曲线转轮飞逸特性曲线4408012016020024028032036040004681012142TFW400/130TFW350/130TFW300/130TFW250/1301+ HH( m )Q(m3/s）H0图图 1-3 TFW300 调压阀流量特性曲线调压阀流量特性曲线5第二节第二节 计算研究目的和内容计算研究目的和内容一、计算目的与意义一、计算目的与意义水力机械过渡过程
9、是水电站发电输水系统中普遍存在的动态现象，正确分析系统在过渡过程状态的水流和机组动态特性，对输水系统和机组的设计与运行具有重要的意义。并网运行水电站的安全可靠的稳定运行对电站自身和电网系统均有着重要的作用，有必要从输水系统布置、机电设计两个方面对各种可能工况下的过渡过程进行数值仿真计算与分析，以便为发电输水管道系统的布置、结构设计和电站的安全稳定运行提供可靠的依据。二、二、计算的主要任务计算的主要任务本项目的分析计算，主要结合二塬子水电站的水力机械系统进行数值分析计算，在此基础上，结合其水力机械过渡过程计算研究的主要内容，进行详尽的数值计算分析，主要包括大波动过渡过程、小波动过渡过程、水力干扰
10、过渡过程和调压阀控制等相关专题计算研究。结合调节保证计算要求和优化目标，针对典型的控制工况优化选择机组的导叶关闭规律；在此基础上对各种可能工况（包括可能出现的复杂组合工况）下的大波动过渡过程进行数值仿真计算和分析，得出控制条件下的调保参数；给出引水系统沿程最大和最小压力分布及其对应工况，机组速率上升最大值及其对应工况，尾水管最大真空度及其对应工况，蜗壳压力变化最大/最小值及其对应工况等，为引水发电水道系统结构设计提供依据。结合水电站输水系统的布置和机组的特性，依据调节系统的技术规程和参数整定要求，初步整定调速器调节参数（PID） 。针对水电站机组运行最大水头、额定水头与最小水头等所对应的控制工
11、况，所选择的控制工况尽量包括机组运行范围。在负荷发生10阶跃条件或水力干扰情况下，进行小波动过渡过程和水力干扰过渡过程数值仿真计算与分析，研究运行机组在小波动情况下的稳定性和调节品质，同时进一步对调速器参数进行整定分析，为电站正常运行提供参考依据。综合上述研究内容和研究结果，提出相应的结论和建议。6三、计算研究的三、计算研究的主要内容主要内容1过渡过程计算工况过渡过程计算工况对该系统进行各种工况的过渡过程计算，具体的工况及其说明见下表 1-1。表表 1-1 计算工况及说明计算工况及说明工况编号前池水位Hk(m)尾水位Hw(m)负荷变化水位组合说明及导叶关闭方式T1727.42625.91303 台机满负荷运行，同时甩负荷T2726.92625.91303 台机满负荷运行，同时甩负荷T3726.82625.91303 台机满负荷运行，同时甩负荷T4726.92625.91202 台机额定出力运行，同时甩负荷T5726.92625.70101 台机额定出力运行，甩负荷T6726.82625.91022 台机同时从空载增至额定出力运行T7726.82625.70011 台机从空载增至额
