一种低水头长尾水电站调压室水位波动稳定性装置

技术领域

本发明涉及水利水电技术领域，尤其是涉及一种低水头长尾水电站调压室水位波动稳定性装置。

背景技术

为保证水电站输水系统的稳定性，通常需要设置调压室。对于低水头水电站来说，由于其流量大，根据计算水电站调压室稳定断面的托马(Thoma)公式计算得出的托马临界断面往往很大，而在实际工程中，一些水电站由于地形地质因素或投资因素限制，调压室断面面积可能小于托马临界断面。当水电站的调压室不满足托马条件时，被称为“亚托马调压室(sub-Tomasurgetank)”。在一定电网条件下，亚托马调压室可以满足稳定运行要求。本厂并网发电容量与电网实际参与调频所有发电机组总容量之比k，对调压室小波动稳定分析的影响较大。根据斯坦因等人提出的公式，当本电站出力占整个电网调频总容量40％时，实际的调压室临界断面等于托马临界断面10％。因此有必要提出一种波动稳定性装置用以确保局域电网条件下低水头长尾水电站的亚托马调压室的小波动稳定。

发明内容

本发明的目的是提供的一种低水头长尾水电站调压室波动稳定性实现方法，以解决现有技术中存在的亚托马调压室的波动不稳定的技术问题。

本发明提供的一种低水头长尾水电站调压室波动稳定性实现方法，包括如下步骤：S1.确定调节依据，包括电网状态、机组出力情况、机组导叶开度；S2.计算电网调频容比系数；S3.判断调压室波动稳定状况；S4.输出或调节，若S3判断为稳定，则输出结果，返回S1，若S3判断为不稳定，则启动机组导叶开度调节，降低导叶开度至导叶开度预定值，并返回S1。

进一步的，所述S2中的调频容比系数为本厂并网发电容量与电网参与调频所有发电机组总实际容量之比。

进一步的，所述S3中判断调压室波动稳定的依据为：若调频容比系数小于预定调频容比系数时，则判定为稳定；若同一水力单元有超过1台机组不出力时，则判定为稳定；若同一水力单元各机组导叶开度均小于预定值时，则判定为稳定；若以上条件满足任一条时，则判定为稳定。

进一步的，所述预设调频容比系数由数值模拟分析确定。

进一步的，所述导叶开度预定值由数值模拟分析确定。

进一步的，所述机组为低水头混流式机组。

一种采用低水头长尾水电站调压室波动稳定性实现方法的调压室波动稳定性装置，包括：机组出力传感器，与各水轮机组连接，用于监测机组出力情况；电网检测器，与电网连接，用于监测电网状态；机组导叶开度传感器，设于各机组导叶处，用于监测导叶开度；调控反馈终端，所述调控反馈终端包括：储存单元，与所述机组出力传感器、所述电网监测器和所述机组导叶开度传感器连接，用于存储电网状态、机组出力情况、机组导叶开度的数据；运算单元，用于计算调频容比系数；控制单元，用于判断当前调压室稳定状况。

进一步的，所述导叶开度传感器与同一水力单元中的机组一一配对连接设置，所述机组出力传感器与同一水力单元中的机组一一配对连接设置。

进一步的，当所述调控反馈终端判断某一机组引起调压室波动不稳定时，所述控制单元仅改变该机组的导叶开度。

本发明提供的一种低水头长尾水电站调压室波动稳定性实现方法，结合实时监测的方法，对同一水力单元各机组运行状况实现实时监测和调整，通过降低机组出力方式实现调压室波动稳定，可将水轮机特性对调压室波动稳定的不利影响降到最低，将局域电网对水电站调压室小波动稳定性的有利影响充分发挥，大幅度提高低水头长尾水电站调压室的小波动稳定性，解决了现有技术中存在的亚托马调压室的波动不稳定的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例提供的低水头长尾水电站调压室波动稳定性实现方法调控反馈图；

图2为本实施例提供的水轮机特性曲线。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例所提供的低水头长尾水电站调压室波动稳定性装置包括机组出力传感器、机组导叶开度传感器、电网监测器、调控反馈终端。调压室水位波动传感器布置在调压室。机组出力传感器与各水轮机组相连。机组导叶开度传感器布置在各机组导叶处。电网监测器与电网相连。调控反馈终端经电缆与第一压力传感器、第二压力传感器、机组出力传感器、机组导叶开度传感器、电网监测器相连。调控反馈终端包括储存单元、运算单元和控制单元。机组出力监测器、电网监测器和导叶开度传感器通过电缆将机组出力、电网状态和导叶开度数据传输到调控反馈终端的储存单元中。调控反馈终端的运算单元自动计算当前电网状态下的调频容比参数，随后将数据传输到控制单元判定当前调压室稳定状况。为便于调控，机组导叶开度传感器与同一水力单元机组一一配对连接设置。机组出力传感器与同一水力单元机组一一配对连接设置。当调控反馈终端判断某一机组可能引起调压室波动不稳定时，控制单元仅改变该机组导叶开度。

本实施例工程共两个水力单元，两个水力单元引水系统基本相同。输水系统由进水口、引水隧洞、尾水支洞、尾水调压室、长尾水隧洞以及尾水出口组成。引水隧洞采用单机单洞布置，隧洞衬砌后直径为7.7m，尾水支洞断面尺寸同引水隧洞，隧洞条数也为6条，尾水调压室接尾水支洞。尾水调压室共2个，三台机组共用一个尾水调压室，出调压室后为尾水隧洞，尾水隧洞共2条，长度约为8.6km。尾水调压室体积庞大，水平断面接近3000㎡，属于亚托马断面。本实施例工程机组参数如下表所示：

调频容比系数k为本厂并网发电容量与电网参与调频所有发电机组总实际容量之比。本厂出力在电网中所占的最大比例为51.8％，经数值模拟分析，调频容比系数k预定值为0.78，即实际运行时调频容比系数k不能大于0.78。经数值模拟分析，机组导叶开度预定值为88％。

本实施例提供的一种低水头长尾水电站调压室波动稳定性实现方法，包括如下步骤：

S1.确定调节依据。

调节依据包括电网状态、机组出力情况、机组导叶开度。其中，电网监测器监测电网状态，同时将数据传输到调控反馈终端的储存单元保存。机组出力传感器监测同一水力单元机组出力情况，并将数据传输到调控反馈终端的储存单元保存。机组导叶开度传感器将机组导叶开度上传到调控反馈终端的储存单元保存。

本实施例中其他电厂容量中有80％不参与调频。同一水力单元三台水轮机初始开度：0.97，0.97，0.97。同一水力单元三台水轮机初始出力：105.9MW，105.9MW，105.9MW。

S2.计算调频容比系数。

通过调控反馈终端的计算单元计算当前状态下的调频容比系数，同时将数据传输到调控反馈终端的储存单元保存。实施例中调频容比系数k＝0.874。

S3.判断。

若调频容比系数小于预定值，则判定为稳定。若同一水力单元有超过1台机组不出力时，则判定为稳定。若同一水力单元各机组导叶开度均小于预定值时，判定为稳定。以上条件满足任一条时，判定为稳定。

本实施例中，调频容比系数k＝0.874＞0.78，或同一水力单元三台机均启动，或同一水力单元三台水轮机初始开度均大于88％，则判定为不稳定。

S4.输出或调节。

当判断为稳定时，输出结果，并返回S1。

当判断为不稳定时，启动机组导叶开度调节，降低导叶开度至预定导叶开度，将导叶开度降低至88％，返回S1。

对于低水头混流式机组来说，低水头混流机组的δ值在导叶开度大于最佳效率开度后很快增加，因此实现调压室波动稳定的措施为降低导叶开度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。