抽水蓄能電站水力過渡過程計算分析導則-編制說明VIP

基本規(guī)定4.1抽水蓄能電站水力過渡過程直接關系關系著電站的安全與投資，故計算應遵循確保安全、經濟合理的原則。4.2在預可行性研究階段，輸水系統(tǒng)及機組特性均沒有最終確定，此階段只提出初步設計成果。4.3在可行性研究階段，一方面輸水系統(tǒng)布置及各個建筑物體型、尺寸等需比選、優(yōu)化后確定，另一方面，根據(jù)確定的輸水系統(tǒng)布置，提出調節(jié)保證設計值的要求，作為下階段招標設計的基礎。4.4對于蓄能電站，機組特性對過渡過程計算影響十分敏感，故在招標與施工詳圖階段獲得機組特性后，應進行過渡過程復核計算，必要時可根據(jù)復核結果對輸水發(fā)電系統(tǒng)進行局部修改。4.5在電站建設調試階段，需進行單機甩負荷及同一水力單元的多機甩負荷試驗，為控制風險，應在同一試驗條件下，對過渡過程試驗結果與水力過渡過程計算結果進行對比分析，結合對比分析預測單機甩全負荷或同一水力單元多機甩全負荷結果，以確保電站安全。4.6輸水發(fā)電系統(tǒng)管徑、長度、機組轉動慣量、機組特性等為影響過渡過程結果有重要因素，故當有變化時，應對水力過渡過程計算成果進行復核。4.7一般情況下，進水閥只作為截斷水流的安全設施，如參與過渡過程調節(jié)，其關閉速度大幅減小，進水閥將產生劇烈振動，不利于電站的長期安全可靠運行。5 計算控制值及第8節(jié)調節(jié)保證設計值的選取2013年10月，水電水利規(guī)劃設計總院以“水電規(guī)機電[2013]12號”文“關于印發(fā)水電站輸水發(fā)電系統(tǒng)調節(jié)保證設計專題報告編制暫行規(guī)定（試行）的通知”，提出調節(jié)保證設計的參數(shù)分為水力過渡過程計算控制值、水力過渡過程計算值、調節(jié)保證設計值等。其中水力過渡過程計算控制值是以現(xiàn)行規(guī)范推薦值為基礎、結合工程實際與經驗確定的水力過渡過程計算時的限制性參數(shù)值；水力過渡過程計算值是針對選定工況進行水力過渡過程計算得出的成果值；調節(jié)保證設計值是對水力過渡過程計算值進行修正后確定的設計成果。修正值包括計算誤差及壓力脈動裕量兩部分，其中計算誤差主要考慮計算模型與輸水發(fā)電系統(tǒng)存在一定偏差，如機組特性、輸水系統(tǒng)特性等；而壓力脈動目前尚無精確的計算模型，在過渡過程計算機仿真計算時無法計算。（1）蝸殼進口最大壓力升高率（計算控制值、調節(jié)保證設計值）在DL/T5186中，對常規(guī)機組甩負荷時的蝸殼最大壓力升高保證值規(guī)定如下：額定水頭小于20m時，宜為70％～100％；額定水頭在20m～40m時，宜為70％～50％；額定水頭在40m～100m時，宜為50％～30％；額定水頭在100m～300m時，宜為30％～25％。對于抽水蓄能電站，水頭一般較高，同時水泵水輪機進出口直徑相差也大，在甩負荷時機組水力制動效應更加明顯，在機組甩負荷過渡過程中更加容易進入反水泵區(qū)或進入反水泵區(qū)更深，從而使得蝸殼進口至尾水管進口處水流異常紊亂，產生較大的壓力脈動。在近期已建抽水蓄能電站中，水力過渡過程計算控制值是以現(xiàn)行規(guī)范推薦值為基礎，為滿足尾水管進口最小壓力要求，同時考慮到抽水蓄能機組壓力脈動的影響，蝸殼壓力升高率保證值呈現(xiàn)增大的趨勢，由此適當放寬壓力升高的要求。根據(jù)國內部分已建、在建抽水蓄能電站蝸殼最大壓力保證值統(tǒng)計，大部分蓄能電站的蝸殼最大壓力保證值已經超過30%，達到35%～38%。國內部分已建、在建抽水蓄能電站蝸殼最大壓力保證值統(tǒng)計見下表。國內部分已建、在建抽水蓄能電站蝸殼最大壓力保證值表電站名稱額定水頭（m）蝸殼最大靜水頭（m）保證值（m）設計值(m)設計值/最大靜水頭瑯琊山126181.8239.6239.61.32白蓮河195267326.2329.31.23桐柏244344.21428.1428.11.24蒲石河308394509.7509.71.29張河灣305394530.1530.11.35宜興363474.56406401.35十三陵4305356906901.29寶泉510639.6800864.51.35呼和浩特5216609009001.36天荒坪526680.28878871.3西龍池640769.5101510151.32仙游4305326727281.37黑糜峰2953855005001.3響水澗190274.053523591.31清遠470570.57807801.37泰安2253093983981.29仙居4475687467841.38由此，本條建議計算控制值按不大于30%控制，而保證值則以計算值為基礎經修正后得到。(2)壓力修正值（壓力脈動修正值、計算誤差）對壓力脈動裕量及計算誤差的取值，不同的廠家有著不同的經驗。對于歐洲廠家，一般對蝸殼最大壓力在計算值的基礎上考慮10%壓力上升作為計算誤差，5%～7%的壓力脈動峰峰值作為壓力脈動裕量，而最大轉速上升則不進行修正。對于日本廠家，蝸殼進口最大壓力取10%的壓力上升作為計算誤差，甩負荷前凈水頭的7%作為壓力脈動裕量；對于尾水管最小壓力，取甩負荷前凈水頭的3.5%或甩入力前凈揚程的2%作為壓力脈動裕量；對于最大轉速上升，增加計算值與額定轉速差值的5%作為計算誤差余量。國內部分已建抽水蓄能電站的現(xiàn)場過渡過程實測數(shù)據(jù)與過渡過程計算值見下表：國內部分已建抽水蓄能電站的現(xiàn)場雙機甩負荷實測數(shù)據(jù)與過渡過程計算值對比表項目張河灣西龍池仙游蒲石河瑯琊山錄波值計算值錄波值計算值錄波值計算值錄波值計算值錄波值計算值1#1#3#3#1#1#1#1#2#2#上庫正常蓄水位（m）8108101492.51492.5741741392392171.8171.8上庫水位(m)796.288101470.51470.5730.25730.25387.7392171.8171.8下庫水位(m)465.71488808.35808.35286.23286.2362.986225.7422安裝高程(m)416416723723201201-2-2-10-10閥前最大靜壓力(m)394769.5769.5540540394394181.8181.8蝸殼初始壓力（m)382.91725.51435.87325.68169.39176.26蝸殼最大壓力(m)508482.93992.653923.564680.54619.56493.4451.25224.49203.77%靜壓（脈動）27.5853.8737.827.5812.7310%的壓力升高(安全)1019.8118.3712.562.74計算+脈動+安全520.51997.244675.73491.39219.17尾水管最小壓力(m)2052.2733.26547.64437.5453.7427.439.812.6514.53%靜壓（脈動）11.8223.0916.211.825.4510%的壓力降(安全)1.973.773.152.421.75計算-脈動-安全38.4820.78434.3925.567.3升速率(%)4444.483335.138.339.6339.637.7438.437.46注：張河灣計算工況與試驗工況水位略有差別，上水庫水位差13.72m，下水庫水位差22.17m，甩前毛水頭差8.45m。DL／T××××—200×我國抽水蓄能電站過渡過程計算機仿真計算及試驗案例還不夠全面覆蓋所有揚程范圍的抽水蓄能機組，現(xiàn)場試驗測試工況與原過渡過程計算工況大多又存在一定的差別，從目前掌握的資料來看，抽水蓄能電站蝸殼最大壓力及尾水管最小壓力的計算值與試驗值存在的差異較大，需進行修正；轉速計算值差別較小，可不做修正。故本導則建議目前階段參考初步統(tǒng)計值及國外有關廠家做法，對抽水蓄能電站的過渡過程計算值暫按下表進行修正確定調節(jié)保證設計值：1）壓力脈動裕量工況增加到計算結果中的壓力脈動甩負荷工況時壓力鋼管的最大壓力閥前最大靜水頭的7%甩負荷工況時尾水管的最小壓力閥前最大靜水頭的2%～3.5%甩入力工況時壓力鋼管的最小壓力甩入力前凈揚程的2%甩入力工況時尾水管進口(轉輪出口)處的最大壓力甩入力前凈揚程的3%2）計算誤差工況余量任何工況的壓力增加或減少計算值與初始壓力差值的5%～10%任何工況的轉速不做修正對于常規(guī)水電站,一般用靜水頭（即上游水位與尾水位之差）作為計算蝸殼壓力升高率的基準值，但對于埋深很大的高水頭抽水蓄能電站,這樣做相對誤差就太大了，因此建議用上庫正常蓄水位與蝸殼進口中心線高程差（即蝸殼進口中心線的靜水壓）作為計算蝸殼壓力升高率ξ的基準值。（3）機組轉速上升率在條件相同的情況下，水泵水輪機組飛逸轉速與額定轉速比值nk較常規(guī)機組的比值nk小。例如寧波溪口抽水蓄能電站水泵水輪機組的比值nk為1.38，水頭與它相近的漁子溪水電站常規(guī)機組的比值nk為1.64。我國部分已建和在建的高水頭水泵水輪機組的比值nk見下表。國內部分已建、在建抽水蓄能電站的水泵水輪機組的nk值電站名稱西龍池天荒坪廣蓄二期十三陵張河灣蒲石河寧波溪口泰安飛逸轉速680667690681469425830433額定轉速500500500500333.3300600300比值1.361.331.381.361.411.421.381.44因此本條建議允許最大轉速升高率max保證值不宜超過45%。（4）輸水系統(tǒng)建筑物過渡過程計算（控制值、調節(jié)保證設計值）主要參考NB/T35021《水電站調壓室設計規(guī)范》和NB/T35056《水電站壓力鋼管設計規(guī)范》相關設計要求。6計算工況抽水蓄能電站輸水發(fā)電系統(tǒng)布置隨電站地形條件不同而不同。對于引水系統(tǒng)，有一洞1機、2機、3機、4機方式，再組合是否設置調壓井方式；同樣，對尾水系統(tǒng)，有1機一洞、2機一洞、3機一洞、4機一洞方式，再組合是否設置調壓井方式。由此，輸水系統(tǒng)布置方式眾多，而目前國內應用最多的典型布置為：引水系統(tǒng)采用一洞兩機方式，尾水采用兩機一洞方式。綜上所述，為使本導則盡量簡化，并具有一定的代表性，計算工況以引水系統(tǒng)采用一洞兩機方式，尾水系統(tǒng)采用兩機一洞方式，并設置引調與尾調的布置方式進行列舉，其他布置方式也方便參