灯泡贯流式水力发电机甩负荷研究

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1、灯泡贯流式水力发电机甩负荷研究　　1概况　　牛栏沟水电站位于云南省横江流域岔河至盐津县城段，电站引用流量230.4m3/s,额定水头12.3m,电站主要任务是发电。装设2台12.4Middot;h.电站为低水头径流式日调节水电站，上游水位基本在正常蓄水位和死水位之间波动，变幅不大，下游水位受下泄流量影响，有较大变幅。　　2机组特点　　灯泡贯流式机组的发电机置于水下的灯泡体内，发电机体积小、重量轻、转动惯量小、飞轮力矩GD2相应较小；机组额定转速低，起动和停机过程短，转速变化快；低水头大流量，机组动态调节品质比较难以控制。调速器通过限制两个主配压阀活塞开腔、关腔的行程来满足主机

2、厂给出的导叶、桨叶最快开关速度；而主机厂给出的导叶关闭速度最快10.5s,导叶的开启速度较慢一般在10s,常规设定桨叶的开启20s、关闭40s速度更是比导叶的开关速度慢很多；造成调速器主配压阀活塞的限制行程严重不对称，导致在调速器PID运算输出相同控制量对应的导叶、桨叶开关速度的不对称。　　2.1设计要求　　牛栏沟电站水轮机型号GZ995a-工况下，机组飞轮力矩GD2（发电机GDf2=3800KNm²、转轮GDz2=400KNm²、转轮水体GDiddot;m²）=5200KNm²时，按第一段关闭时间Ts为3.0s、第二段关闭时间为7.5

3、s时，机组甩100%负荷的转速率上升值βmax≤60%.在最大水头15.2m时，机组甩100%负荷，导叶前的最大压力上升值不大于50%.调速器型号GLT-100-6.3,采用了智能变结构、变参数的调节模式，并X前为PID调节，并X后为PI调节，根据工况辨识设置不同的调节参数，以确保各种工况下调节的稳定性和速动性。桨叶控制采用数字协联，由可编程控制器采集水头与导叶接力器行程，按协联函数关系进行查表计算，计算值经数模转换变为电压信号，带动桨叶电液随动装置，使桨叶转角等于计算值，从而实现桨叶协联。当导叶开度等于零，或者转速低于52%时，起动转角信号将使桨叶开至起动转

4、角。　　调节保证，导叶分两段关闭，第一段关闭时间：3.0s,第二段关闭时间：7.5s,拐点：30%aomax.桨叶关闭时间：40s.　　调速器主要技术指标：　　转速死区ix≤0.04%静态特性线性度误差ε≤5%　　2.2试验分析　　机组甩负荷试验记录如表2:通过对牛栏沟电站2号甩100%额定负荷试验分析，发现在机组甩负荷时，机组分段关闭拐点上移至36.23%,第一段关闭时间缩短为2.08s,机组转速最高达到219.7r/min,机组转速在关闭阶段转速低于135r/min,导致机组自动灭磁。　　相关试验结果如下：（1）整机的静态特性和桨叶随动系统，转

5、速死区ix=0.026,优于国家标准的0.04%;桨叶随动系统的不准确度is=0.39%,优于国家标准的规定1.5%.（2）甩25%额定负荷时，接力器不动时间的测定Tq=0.16s,优于国家标准的0.2s.（3）甩100%额定负荷的过渡过程时间为34s,优于国家标准的40s,超过稳态转速3%以上的波峰次数为3次，不满足国家标准的规定。（4）在甩100%额定负荷时，出现机组最低转速低于45Hz的情况，励磁系统自动灭磁，不满足DL/T563-2004《水轮机电液调节系统及装置技术规程》规定的机组甩负荷最低转速不能低于90%额定转速（45Hz）.（5）机组甩25%、50%、75%和

6、100%负荷的转速率上升值βmax≤60%,导叶前最大压力上升率<45%（对应压力值为30.84m）。　　3原因分析　　影响牛栏沟电站机组甩负荷试验的主要因素如下：（1）灯泡贯流式机组由于水头低，流量大，转动惯量小，导叶、桨叶开关速度不同，带来正、负调整超调量的不对称及超调和滞后，在甩负荷试验过程中稳定性较差，容易出现来回抽动现象，调整不好很难达到调速器标准指标要求。（2）由于灯泡贯流式机组的协联配合对机组甩负荷试验影响很大，在调速器调节过程中，桨叶缓慢关闭，在相应水头下，导叶开度、桨叶开度存在协联函数关系中的最优效率点，将导致机组转速迅速升高，增加调速

7、器调节的难度。（3）对于常规机组，甩负荷试验的转速上升率β值随机组所甩负荷的增大而增大，而灯泡贯流式机组不一定随甩负荷值得增大而增大。（4）由于灯泡贯流式机组的转动惯量及飞轮力矩FD2小，导致转速上升速度快，对流量增大的影响大，甩负荷转速升高后易出现较为明显的压力下降产生负水锤。　　综合上述影响灯泡贯流式机组甩负荷的原因为：灯泡贯流式机组水头低、流量大、转动惯量小、导叶与桨叶关闭时间不一致、水轮机导叶与桨叶的协联关系和尾水位的变化等，都对机组甩负荷产生很大的影响。　　4解决方法　　经业主在现场