论水电站中引水系统的调节保证计算

对于水电站引水系统，利用美国垦务局等经验公式对引水管道经济直径进行分析使相应调保计算成果满足要求，为电站安全运行提供可靠的依据。

关键词：水电站 引水系统设计 调节保证计算 5.水锤及调节保证计算

5.1调节保证计算的任务和标准

水锤及调节保证计算，是水电站设计的重要内容之一。它不仅影响压力管道、机组、蜗壳等过流部件的强度，而且关系到电站运行的安全和机组运行的稳定性。

调节保证计算是机组负荷在较大范围内突然变化的情况下，考虑到调速器的影响以进行限制水锤压力和机组装机变化值的计算，解决水力惯性、机组惯性和调整性能三者之间的矛盾，以期达到电能质量最佳、机组运行经济合理、安全可靠的目的。

5.1.1水锤及调节保证计算的目的和任务 1、水锤计算的目的

决定管道内的最大内水压力，作为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据；决定管道内最小内水压力，作为管线布置，防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据；研究水锤与机组运行的关系。 2、调节保证计算的目的

通过调节保证计算和分析，正确合理地解决导叶启闭时间、水锤压力和机组转速上伸值三者之间的关系，最后选择适当的导叶启闭时间和方式，水锤压力和转速上伸值均在经济合理的允许范围内。 3、水锤及调节保证计算的任务

根据水电站压力引水系统和水轮发电机组的特性，合理选择调速器的调节时间调节规律，进行水锤压力和机组转速变化值的计算，使二者均在允许内，并尽

可能地降低水锤压力。 5.1.2 调节保证计算的标准

调节保证计算标准，是指水锤压力和转速变化在技术经济上合理的允许值。标准在规范中有所规定，但这是在一定时期和一定技术水平和经济条件下制定的，用时应结合具体情况加以确定。 1、水锤压力的计算标准

甩全负荷时，允许的相对压力升高?max一般可按以下不同情况考虑：

表5-1： ?max取值表

电站设计水头Hp（m） 蜗壳允许最大相对压力升高＜40 70～50 40～100 50～30 ＞100 ＜30 ＞400 ＜15 ?max（%） 当设置减压阀或折流板时，?max=20%

对于增加负荷时的负水锤，以压力水管顶部任何一点不出现负压并保持有2m以上的余压为限。尾水管进口允许的最大真空度为8m水柱。

对于设计水头

Hp = 118.5m的情况，查表5-1可知，蜗壳允许最大相对压

力升高?max＜30％。

蜗壳的最大压力升高值，应按在设计水头和最高水头两种情况下，发出额定功率甩全负荷进行计算，根据较大值确定。 2、转速变化的计算标准

机组甩全负荷后的转速升高β允许值与多方面因素有关。考虑到目前国内的设计、制造、运行等情况，机组甩全负荷时的转速升高的允许值?max按以下情况考虑：

①当机组容量占电力系统运行总容量的比重较大，且担负调频任务时，宜小于45％。

②当机组容量占电力系统运行总容量的比重不大或担负基荷时，宜小于55％。

③对水斗式水轮机，宜小于30％。

对于一般水电站发电量，衡阳。机组容量占电力系统总容量的比重不大，最大转速变化值应小于55%。

5.2高压管道经济直径的确定

对高压管道，直径的选择是一个技术经济的问题。直径过大，则过程量势必加大，工程造价也增大；直径过小，则相同流量情况下，流速加大，相应水头损失也增大；因而高压管道的直径选择有一个经济直径的问题。

由第一章的引水系统设计的计算可知，高压管道经济直径D=5.2m。

5.3计算工况的选择

调节保证计算工况：

①工况1：在额定水头情况下，机组丢弃负荷时引水道和蜗壳末端的最大压力升高和压力降低（反水锤）、转速最大升高值。

②工况2：在最大水头情况下，机组丢弃负荷时引水道和蜗壳末端的最大压力升高和压力降低（反水锤）。

③工况3：在死水位时，机组丢弃负荷（最大引水流量）时的最大压力降低、机组速率升高。

根据分析，一般情况下是额定水头下机组转速升高为控制值，最大水头情况下压力升高为控制值，死水位时水头压坡线沿程要求保持小于2m的压力余幅。

5.4各种工况下的调保计算

5.4.1管道系统参数计算

具体计算见计算书，计算结果见下表

表5—2 管道系统参数 压力管道 蜗壳 尾水管 等价管 等价管长度L 175.46 31.43 25.90 229.46 LV 1015.9 340.8 110.29 1329.84 5.4.2压力波速的计算

Ewg1425rC??2Ew2Ew1?1?KrKrK?Ks(钢衬)?Kc(混凝土)?Kf(钢筋)?Kr(围岩)压力输水系统发生水锤时，以水锤压力波速Ccp沿管道传播，压力波速由公式

式中 Ks —— 钢衬的弹性模量

Kc —— 混凝土垫层的弹性模量，在允许混凝土开裂的情况下，Kc =0 Kf —— 环向钢筋的弹性模量

Kr—— 围岩弹性模量，对坝内埋管取Kr = 0

带入参数计算，得C = 1200m/s（具体步骤见计算书）。 5.4.3管道特性系数的计算

为了判别水击的形式，需要计算管道的特性系数，由以下公式计算：

??acpVcp2gH0 ,

???LVgH0Ts

5.4.4判别水锤的性质

特性系数ρ、σ是决定水锤性质的两个主要数据。压力水管所产生的水锤，可分为直接水锤和间接水锤两种。间接水锤中，又分为两种情况：第一种情况是最大水锤发生在第一相，第二种情况是最大水锤升高值发生在末相。

水锤波在水中来回传播一次所需的时间：

tr=

2Lacp

若tr≥Ts时，则发生直接水锤； 若tr

当ρτ0>1.5时，最大压力升高值发生在关闭终了； 当ρτ0<1时，最大压力发生在第一相终了； 当全开时，τ0=1； 当全关时，τ0=0。

压力波沿程传播长度按等价管长度来计算，则往返一次所需的时间tr为