老木孔水电站机组及下游河道的水力过渡过程计算

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1、小水电2012年第4期(总第166期)技术交流老木孔水电站机组及下游河道的水力过渡过程计算吴维金朱亚军(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院四川成都610072)【摘要】针对老木孔水电站水头低、流量大的特点，建立了水轮机的边界方程和尾水管出I：2与下游河道入口的边界方程，对甩负荷后机组及下游河道的水力过渡过程做了联合计算，实现了电站水力过渡过程计算研究中将水力与机械、有压流与无压流统一分析的功能。图3幅，表3个。【关键词】水电站灯泡贯流式机组水力过渡过程计算93．5％，最高效率95．33％，额定流量536．

2、5m3／s，1工程概况水轮机转动部件飞轮力矩GI)2=9500kN·m2，转轮老木孔水电站的开发任务为航运、发电，采用区水体飞轮力矩GD2(额定工况)=15000kN·m2，河床式厂房布置；水库正常蓄水位358．00m，相应发电机转动部件飞轮力矩=8000t·m2。库容约1．3亿m3；电站总装机容量360MW，多年平均年发电量l5．34亿kW·h。2数学模型和计算方法1)水库水位2．1水轮机特性模型校核洪水位(P=0．1％，Q=71700m3／s)Qll=f(／211，a，)361．99m，设计洪水位(P

3、=0．2％，Q=Ml1=f(11，a，)64000m3／s)361．51In，正常蓄水位358．00m，死Q=QuDf~／H水位357．50In，排砂运行控制水位356．00in。2)下游水位Mt=MnDf日t校核洪水位(P=0．1％，Q=71700m3／s)nt：／211~／Ht／D1352．92m，设计洪水位(P=0．2％，Q=Ht=Hi—日i+164000m3／s)352．37in，正常尾水位(Q=8×式中，Q、M、／211分别为水轮机单位流量、515．07ms／s)345．86in，最低尾水位34

4、4．00in，1单位力矩和单位转速；Q、M、n分别为水轮机台机工作尾水位34．06ITI。流量、力矩和转速；H、Hi、Hi+1分别为水轮机3)机组参数水头、机组前节点水压力和机组后节点水压力；a水轮机型号GZD320一WjFL一780，转轮直径为导叶开度，为桨叶角度。=7800mm，最大运行水头14．0m，额定水头2．2水轮机线性数学模型10．5nl，最小运行水头7．0in，额定出力51．5MW，，孔t=eyy+ehh+ex十e声额定转速71．4r／min，最大飞逸转速(协联乍协qt=eqy+eqhh+e

5、qx+eq}联)200／230r／min，额定净水头额定出力时的效率式中，e、eh、e、eq,分别为水轮机力矩对导叶开度、水头、转速、桨叶角度的传递系数，e⋯收稿日期：2012—03—28eqh、e、e分别为水轮机流量对导叶开度、水作者简介：吴维金(1979一)，男，高级工程师，主要从事水利水电工程的规划设计工作。头、转速、桨叶角度的传递系数，m、q为水轮Email：ww7526@126．com机力矩和流量的相对偏差。·19·技术交流SMALLHYDROPOWER2012No4，TotalNo1662．3

6、发电机组式中=2L=；=羞为=．，tg一相对水头损失。式中，．，为惯性力矩；叫为角速度；t为时2．6进水池间；M、M相应为水轮机力矩和负荷力矩。dHjQ{丧一4j2．4有压管道有压管道的示意图如下所示(见图1)：Qj=m(日一日k)Lk^／／2g(日一日i)式中，Hi、Qj、Ai分别为进水池水位、流量、二}=====}=二=#截面积；HHk、Lk、m分别为上游水库水位、APB拦沙坎顶部高程、拦沙坎长度和拦沙坎流量系数。图1有压管道示意2．7明渠Qp=cp—Calp=+[(V1一Vr)+g(，，l—Qp=c

7、+CaHpY)]+gat[s0—0．5(SⅡ+5fr)]ACa=g_Yp：ym+(LQl—一Qr)口C=Qa+警一Q棚。I式中，Vp、Y。为当前时刻本节点的流速和水深；Vm、Y为上一时刻本节点的流速和水深；Vl、c=Qb-一QlQbJYl为上一时刻上游侧相邻节点的流速和水深；V、式中，Qp、H为P点当前时刻的流量和水压Y为上一时刻下游侧相邻节点的流速和水深；S力；QHa为A点前一时刻的流量和水压力；5n、5fr分别为底坡、上游侧节点面坡和下游侧节Qh、Hb为B点前一时刻的流量和水压力；A为管点面坡；B为上

8、一时刻本节点面宽；At为计算步道截面积；D为断面水力直径；a为波速；f为摩长；Ax为节点间距离；g为重力加速度。擦系数；At为计算步长。3计算方法2．5有压管道线性模型刚性水击(流量至水头)：1)过渡过程计算中采用优化方法进行水轮机G(s)=Tw5+f水压力和转速迭代计算，先用进退法求出包含解的弹性水击(水头至流量)：区域，然后用区域分割法求出解，该方法收敛性好，计算时间短。G(s)=2)导叶关闭规律优化计算采用正交设计法，导