三佳电站导叶分段关闭调节保证计算

佘建军，姜明利，谢敏萍

（1.玉溪市水利电力勘测设计院，云南 玉溪 653100；2.中国水利水电科学研究院，北京 100038；3.华北水利水电大学，河南 郑州 450045）

1 前言

水电站机组调节保证计算是对机组突然改变运行工况时机组调节系统过渡过程的特性研究，目的是选定合理的导叶关闭规律，保证机组的转速变化和压力变化在合理和标准允许的范围内，从而保证机组和电站压力系统的安全稳定运行。

三佳电站位于云南省华宁县华溪镇三家村地界内，珠江流域南盘江水系右岸一级支流曲江上，距离华宁县城42 km，交通便利。坝址以上控制径流面积2 888 km2。该电站属引水式，发电引用流量41.4 m3/s，设计水头38.6 m，装机容量3×4 500 kW，采用立式机组布设，厂区位于顺流的左岸。电站控制方式采用计算机监控系统，按“无人值班”（少人值守）方式设计。

电站采用有压引水方式引水隧洞长340 m，洞径4.2 m，钢筋混凝土洞壁厚40 cm，支管采用压力钢管形式，长约24 m，管径2.0 m，管壁厚约2.0 cm。有压系统的设计压力为58 m。

2 电站及机组主要技术参数

2.1 电站主要参数

表1 电站主要参数

2.2 机组主要参数

表2 机组主要参数

3 导叶分段关闭调保计算

水电站机组调节保证计算是对机组突然改变运行工况时机组调节系统过渡过程的特性研究，目的是选定合理的导叶关闭规律，保证机组的转速变化和压力变化在合理和标准允许的范围内，从而保证机组和电站压力系统的安全稳定运行。

3.1 有压隧洞及压力钢管布置

电站采用有压引水方式引水隧洞长340 m，洞径4.2 m，钢筋混凝土洞壁厚40 cm，支管采用压力钢管形式，长约24 m，管径2.0 m，管壁厚约2.0 cm。有压系统的设计压力为58 m。其管路各段水力计算参数如表3：

表3 隧洞特征参数

表4 各管段水力计算表

3.2 分段关闭拐点开度选择

通过对有压引水系统的分析，其最高压力不能超过58 m。按最大水头计算则压力上升值要小于38%，转速上升可以达60%。基于以上条件，其分段关闭的拐点开度应在83%～87%之间选择。通过计算确定拐点相对开度为85%。

3.3 分段关闭时间确定计算

根据计算tr＜Ts电站有压系统发生间接水击，并且ρτ0＞1.5最大水击发生在末相，但按末相水击计算，其压力上升和转速上升均不满足调保要求，因此采用分段关闭方式，控制转速上升值，通过导叶先快关闭后慢关闭的分段关闭方式，实现转速控制。把最大压力上升控制在首相，因此利用首相公式计算得出快关时间为1.10 s。慢关时间则通过末相水击公式计算为30 s。转速控制按水轮发电机组的惯性力矩特性，在快关段的直线关闭时间内完成转速最大上升，在慢关机段时通过机组的力矩特性逐渐减速，其快关段直线关闭时间为7.859 s。

3.4 拐点及关闭过程最大压力上升结果

拐点压力按首相公式计算，慢关闭过程的压力上升按末相公式进行计算，其计算结果见表5。

表5 拐点及关闭过程最大压力计算结果

3.5 拐点及关闭过程最大转速上升结果

拐点转速按首相公式计算，其计算结果见表6：

表6 拐点及关闭过程最大转速计算结果

4 结论

（1）由于电站的压力隧洞设计压力较小，仅为58 m，在计算时首先应满足压力上升的要求，因此拐点相对开度较大，直线关闭时间较长，转速上升接近60%，而且压力值也达到设计压力值，基本达到调保计算要求。

（2）本计算为分段关闭调节保证计算的极值计算，在最大水头下出现最大压力上升，最大压力为57.014 m略低于设计压力，由于压力隧洞取水口为龙抬头，则整个隧洞均处于同一压力线，因此整条隧洞的压力均应按58 m设计。

（3）按本分段关闭规律进行调节保证计算，其最大转速上升极值为580.312 r/min，转速上升接近规范规定的60%转速上升值，因此机组在设计时其强度应按转速上升率不小于60%进行设计。

（4）该计算为理论计算，与电站实际情况有待于在今后运行中验证，因此，还存在许多不确定因素。为确保安全，提出以下建议：

1）提高压力隧洞的设计标准，按目前相关规范的要求，水头在40 m左右的电站有压隧洞的设计值应不大于最高水头的150%。如果标准提高可适当加大拐点开度，降低压力上升的极值。

2）增加机组转动惯量，降低转速上升值同时也可适当加大拐点开度，使得计算裕度更大。