某水電站大波動過渡過程計算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u7539某水電站大波動過渡過程計算案例 113881.1計算工況 16441.2阻抗孔口面積敏感性分析及優(yōu)化 1251191.3關(guān)閉規(guī)律 373861.4計算結(jié)果及分析 51.1計算工況根據(jù)電站運行特點，確定如下的大波動水力過渡過程計算工況：D1上游正常蓄水位3290.0m，三臺機額定出力同時甩全負(fù)荷；D2額定水頭605m，三臺機額定出力同時甩全負(fù)荷；D3上游死水位3283.0m，三臺機最大出力同時甩全負(fù)荷；D4上游死水位3283.0m，三臺機最大出力同時甩全負(fù)荷；在調(diào)壓室水位上升最快時，一臺機由空載增至全負(fù)荷；D5上游死水位3283.0m，三臺機同時由空載增至全負(fù)荷；D6上游死水位3283.0m，一臺機正常運行，一臺機由空載增至全負(fù)荷；D7上游死水位3283.0m，兩臺機正常運行，一臺機由空載增至全負(fù)荷；D8上游死水位3283.0m，兩臺機停機，一臺機由空載增至全負(fù)荷；D9上游死水位3283.0m，三臺機相繼由空載增至全負(fù)荷；（30s）D10上游死水位3283.0m，三臺機相繼由空載增至全負(fù)荷；（50s）D11上游正常蓄水位3290.0m，兩臺機運行，一臺增至全負(fù)荷，在調(diào)壓室水位下降最快時，三臺機同時甩全負(fù)荷。D12上游校核洪水位3292.16m，三臺機額定出力同時甩全負(fù)荷；D13上游正常蓄水位3290.0m，三臺機同時由空載增至全負(fù)荷；D14上游校核洪水位3292.16m，兩臺機運行，一臺增至全負(fù)荷，在調(diào)壓室水位下降最快時，三臺機同時甩全負(fù)荷。1.2阻抗孔口面積敏感性分析及優(yōu)化根據(jù)工程經(jīng)驗及規(guī)范建議，為了充分發(fā)揮阻抗孔口抑制波動幅度和加速衰減的作用，同時考慮調(diào)壓室底部所能承受的壓力，阻抗式調(diào)壓室的阻抗口面積一般為引水隧洞面積的30%~40%。而本電站調(diào)壓室阻抗口面積為1.666m2，僅為隧洞面積（11.34m2）的14.69%。下面以D2工況（額定水頭，三臺機額定出力甩全負(fù)荷）為計算依托，折向器采用2.5s直線關(guān)閉規(guī)律，針閥采用15s，20s，25s，30s的直線關(guān)閉規(guī)律，分析計算大波動過渡過程。其結(jié)果見表1.3。從表1.3可以看出，在擬定的針閥、折向器關(guān)閉規(guī)律下，調(diào)壓室底板壓差均超過40m，對調(diào)壓室結(jié)構(gòu)設(shè)計很不利。雖然延長針閥關(guān)閉時間可以減小該壓差，但減表1.3原阻抗孔口條件下，D2工況的計算結(jié)果針閥關(guān)閉時間（s）配水環(huán)管末端最大水壓力（m)配水環(huán)管末端最大水壓力升高（%）最大轉(zhuǎn)速升高（%）調(diào)壓室最高涌浪（m）及時間（s）調(diào)壓室最低涌浪（m）及時間（s）調(diào)壓室底板向下壓差最大值（m）及時間（s）調(diào)壓室底板向上壓差最大值（m）及時間（s）15716.229.017.923297.37（387.62）3241.83（1.54）1.55（499.98）47.07（16.06）20702.336.728.083297.38（388.32）3241.83（1.56）1.53（500.02）41.25（21.34）25693.801.318.283298.39（391.24）3241.83（1.56）1.48（500.02）44.15（26.34）30688.594.468.503297.41（392.28）3241.83（1.58）1.44（500.02）43.43（31.34）小幅度有限，因此有必要對該電站調(diào)壓室阻抗孔口面積進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。下面以D2工況為計算依托，取20s針閥直線關(guān)閉規(guī)律及2.5s折向器直線關(guān)閉規(guī)律，計算結(jié)果見表1.4及圖1.2。表1.4阻抗口面積優(yōu)化計算（D2工況）阻抗孔口面積（m2）與引水隧洞面積的比值（%）配水環(huán)管末端最大水壓力（m)最大轉(zhuǎn)速升高（%）調(diào)壓室最高涌浪（m）及時間（s）調(diào)壓室最低涌浪（m）及時間（s）調(diào)壓室底板向下壓差最大值（m）及時間（s）調(diào)壓室底板向上壓差最大值（m）及時間（s）2.219.4687.168.073300.78（361.86）3241.83（1.56）1.97（531.24）28.51（21.34）2.824.7678.198.073303.22（349.88）3241.83（1.56）1.67（531.24）18.58（21.34）3.430.0676.538.073304.76（343.52）3241.83（1.56）1.35（531.34）12.98（21.34）3.934.4677.698.063301.63（339.5）3241.83（1.56）1.12（531.3）10.02（21.34）4.539.7679.308.063306.36（338.72）3241.83（1.56）0.92（510.08）7.62（21.34）圖1.2不同調(diào)壓室阻抗孔面積下，調(diào)壓室底板壓差隨時間變化過程線通過優(yōu)化分析，根據(jù)調(diào)壓室底板向上壓差的取值，阻抗孔口面積暫時擬定為3.9m2（直徑為2.23m）。另外，從表1.2中調(diào)壓室涌浪的計算結(jié)果可以看出，阻抗孔口的大小對調(diào)壓室最高涌浪也有影響，阻抗孔口面積越大，調(diào)壓室最高涌浪有上升的趨勢。1.3關(guān)閉規(guī)律選常規(guī)工況D2作為針閥、折向器關(guān)閉規(guī)律優(yōu)化的計算依托工況。其計算結(jié)果見表1.5。由表1.5可知：在噴嘴關(guān)閉規(guī)律相同時，折向器關(guān)閉規(guī)律的改變只影響機組轉(zhuǎn)速，對配水環(huán)管最大壓力值及其上升率沒有影響。考慮沖擊式水電站針閥關(guān)閉時間一般較長≥20s，以及到組合工況可能引起配水環(huán)管水壓力升高、機組轉(zhuǎn)速升高兩個指標(biāo)的增大，初步擬定針閥采用直線關(guān)閉規(guī)律，有效關(guān)閉時間（從額定開度到完全關(guān)閉的直線關(guān)閉時間）為25s；折向器關(guān)閉時間（從初始開度到完全關(guān)閉的時間）為2.5s；針閥直線30s開啟（從機組空載開度到額定開度的時間）。具體的針閥、折向器啟閉規(guī)律見圖1.3~圖1.5，需要說明的是：所有開度均用相對開度表示。對于針閥，以模型滿開度為100%開度，額定開度相對值97.8％，折向器全開為100%開度。表1.5關(guān)閉規(guī)律的計算結(jié)果折向器關(guān)閉時間（s）針閥關(guān)閉時間配水環(huán)管末端最大水壓力（m)配水環(huán)管末端最大水擊壓力時間（s）最大轉(zhuǎn)速升高（%）配水環(huán)管末端最大水壓力升高（%）15681.0014.466.473.852.0s20677.69337.746.672.6425677.19342.606.902.5630676.94347.507.142.5215681.0014.467.913.852.5s20677.69337.748.062.6425677.19342.608.272.5630676.94347.508.482.5215681.0014.469.373.853.0s20677.69337.749.472.6425677.19342.609.642.5630676.94347.509.832.52注：配水環(huán)管末端最大水壓力升高率的計算公式為：[配水環(huán)管末端最大水壓力-（上庫校核洪水位-機組安裝高程）]/額定水頭×100%圖1.3針閥關(guān)閉規(guī)律圖（25s）圖1.4折向器關(guān)閉規(guī)律圖（2.5s）圖1.5針閥開啟規(guī)律圖（30s）1.4計算結(jié)果及分析布侖口-公格爾水電站GD2為900，阻抗孔口面積取優(yōu)化的3.9，流進(jìn)調(diào)壓室和流出調(diào)壓室的阻抗系數(shù)均為0.006702。采用圖1.1至圖1.3所示的啟閉規(guī)律按平均糙率計算進(jìn)行大波動過渡過程計算，對于調(diào)壓室涌浪的控制工況進(jìn)行最不利糙率校核計算。各工況的恒定流及大波動參數(shù)的計算結(jié)果見表1.6～表1.8。大波動計算結(jié)果表明：（1）壓力管道末端最大壓力常規(guī)工況發(fā)生在D12，其值為683.33m；疊加工況發(fā)生在D14，其值為683.08m。均小于計算得配水環(huán)管承受的最大壓力782.70m。表1.6恒定流計算結(jié)果工況上游水位（m）機組初始開度（%）凈水頭（m）流量（m3/s）出力（MW）1#96.7609.9412.3867.03D132902#96.7610.0012.3867.043#96.7609.9012.3867.021#97.8601.2012.4767.00D232862#97.8601.2512.4767.013#97.8601.1512.4767.001#97.8602.4312.4466.55D332832#97.8602.4812.4466.553#97.8602.3812.4466.541#97.8602.4312.4466.55D432832#97.8602.4812.4466.553#97.8602.3812.4466.541#1652.540.130.77D532832#1652.540.130.773#1652.540.130.77D61#1646.900.130.7632832#97.8641.7912.8873.861#1629.700.130.73D732832#97.8628.6112.7170.933#97.8628.3812.7170.89D832831#1652.540.130.771#1652.540.130.77D932832#1652.540.130.773#1652.540.130.771#1652.540.130.77D1032832#1652.540.130.773#1652.540.130.771#1636.950.130.74D1132902#96.7631.8712.6471.353#96.7631.6412.6471.311#96612.6112.3266.98D123292.162#96612.6612.3266.993#96612.5612.3266.981#1659.540.130.78D1332902#1659.540.130.783#1659.540.130.781#1639.350.130.74D143292.162#96638.2812.5771.243#96638.0612.5771.20表1.7機組調(diào)節(jié)保證參數(shù)計算結(jié)果工況機組號配水環(huán)管末端最大水壓力（m)配水環(huán)管末端最大水壓力升高（%）最大轉(zhuǎn)速升高（%）1#681.133.218.37D12#681.183.228.373#681.173.228.371#677.132.558.26D22#677.192.568.273#677.182.568.261#674.132.068.22D32#674.192.078.223#674.182.068.221#659.28-0.408.22D42#659.18-0.428.223#659.12-0.438.221#652.53-1.520.00D52#652.53-1.520.003#652.53-1.520.00D61#641.48-2.680.002#646.55-2.500.001#629.43-1.330.00D72#628.21-1.530.003#627.81-1.600.00D81#653.09-1.420.001#652.53-1.520.00D92#652.53-1.520.003#652.53-1.520.001#653.26-1.390.00D102#654.74-1.150.003#654.61-1.170.001#680.863.171.55D112#680.933.181.553#680.953.181.551#683.283.578.43D122#683.333.588.433#683.323.578.431#659.53-0.360.00D132#659.53-0.360.003#659.53-0.360.001#682.993.521.54D142#683.053.531.543#683.083.531.54表1.8調(diào)壓室涌浪計算結(jié)果工況調(diào)壓室初始水位（m）最高涌浪（m）時間（s）最低涌浪（m）時間（s）底板向下壓差最大值（m）時間（s）底板向上壓差最大值（m）時間（s）D13250.423309.61340.483250.421.561.10499.989.5826.34D23241.833301.63342.723241.831.561.09499.989.7226.34D33243.023302.63341.563243.011.561.09499.989.6826.34D43243.023281.38376.983243.011.560.09500.029.6826.34D53283.003283.000.023236.67317.029.1831.340.03441.58D63278.143278.140.023260.38316.201.0831.340.02476.94D73264.273264.270.023242.46500.021.0331.940.000.00D83283.003283.000.023267.91236.201.1231.340.18407.16D93283.003283.000.023236.71349.207.3191.320.03473.76D103283.003283.000.023237.08371.181.89131.320.02500.02D113271.483307.58333.923269.2139.761.0231.944.9657.54D123252.983311.75339.903252.981.561.10499.829.4926.34D133290.003290.000.023243.95311.929.0831.340.03441.58D143273.833309.70333.923271.5639.941.0131.944.9157.74（2）機組轉(zhuǎn)速最大上升率常規(guī)工況發(fā)生在D12，其值為8.43％；疊加工況發(fā)生在D4，其值為8.22％，均小于30％。（3）調(diào)壓室最高涌浪常規(guī)工況發(fā)生在D12，其值為3311.75m；疊加工況發(fā)生在D14，其值為3309.70m，考慮2.00m的安全超高，滿足設(shè)計要求（調(diào)壓室頂板高程3314m）。調(diào)壓室最低涌浪常規(guī)工況發(fā)生在D5其值為3236.67m；疊加