[發明專利]避免含超長引水明渠的水電站壓力前池漏空的調度方法

有效

• 申請號: 201610272222.8
• 申請日: 2016-04-28
• 公開（公告）號: CN105926550B
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發明（設計）人: 陳勝;崔偉杰;張健;俞曉東;劉甲春;苗帝
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: E02B9/02
• 分類號: E02B9/02;E02B9/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 李曉

技術領域

本發明涉及一種解決具有超長無壓引水明渠水電站壓力前池漏空的調度策略，屬于水利水電工程領域。

背景技術

隨著水資源的開發利用，很多引水式水電站工程由于地形地質條件、施工條件等限制，不適合使用單一的有壓管道引水，而常采用超長明渠結合有壓管道的布置型式。在超長引水明渠的水電站中，通常設置壓力前池，其作用為：平穩水頭，分配水量，渲泄、攔截和排除污物、泥沙、浮冰等；并且前池須設立溢流堰，以降低機組甩負荷時前池的雍高水位。一般情況下，壓力前池體積較小，所蓄水量較少，當機組增負荷時，由于無壓非恒定漸變流波速傳播慢，調節滯后，而機組的開啟時間較快(通常30s以內)，渠首的流量無法及時傳至前池供給機組發電，機組開啟運行所需的流量只能由前池內的所蓄水量提供。因此前池會被拉空或低于規范要求的最低水位，導致機組無法安全穩定運行。根據超長明渠的規模，若要求前池能夠滿足機組正常開啟并保證安全穩定運行，其體積須是傳統設計尺寸的十幾倍甚至幾十倍，對于工程而言不易實現。

發明內容

發明目的：針對目前具有超長引水明渠的水電站一般前池體積較小，在機組開啟時易發生明渠或前池拉空的問題，本發明旨在提供一種避免含超長引水明渠的水電站壓力前池漏空的調度策略，并盡可能的減小棄水，提升電站運行的安全性和經濟性。

技術方案：為了解決上述技術問題，本發明提供一種避免含超長引水明渠的水電站壓力前池漏空的調度方法，是在超長引水明渠的進口處設有可調節流量的進水閘門，所述超長引水明渠的出口與壓力前池連接，根據機組所引用的流量，提前開啟閘門到機組引用流量所對應的開度，以保證明渠中的流量，避免因明渠調節滯后導致前池流量不足出現漏空；所述提前開啟時間利用機組穩定運行時明渠首斷面和末端面的流量、水位參數，進行計算。由于機組在閘門開啟后等待一定的時間再開啟，從而了避免因明渠調節滯后導致前池流量不足出現漏空的現象。

具體地，所述所述閘門提前開啟時間(機組開啟等待時間)T∈(t₁，t₁+t₂)

式中，1為渠首閘門至前池間明渠的長度，v₁、c₁為穩定運行時首斷面的流速、波速，v_n、c_n為穩定運行時末斷面的流速、波速，t₁為明渠表面波由渠首閘門傳至前池的時間，t₂為經前池反射傳播回渠首的時間。

具體地，若機組等待時間則可保證機組開機時前池水位滿足安全穩定運行的要求；若機組等待時間則會造成壓力前池水位低于前池控制標準，并進而拉空前池，無法保證電站機組正常安全穩定運行。

本發明的調度策略可以避免壓力前池及引水明渠拉空。設于超長引水明渠的渠首進口處的閘門，不僅發揮傳統意義上的檢修及事故緊急關閉功能，還具有調節明渠引用流量的功能。無壓引水明渠末端與壓力前池連接。當機組增負荷時，根據機組所需的流量，將進水閘門開啟到相應的開度，以增加渠道中的流量至機組正常運行所需的流量。由于不同類型閘門的過流特性均不同，閘門的過流量對應的水位及閘門開度可由閘門廠家提供。具體實施時，可建立機組不同引用流量與閘門開度的對應關系，輸入控制系統，當機組引用流量變化時，閘門自動調節到對應的開度。

電站引在電站機組開啟之前，上游閘門提前開啟至機組所需流量對應的開度。由于不同引水明渠長度不同，水流到達前池的時間也不相同，因此渠首閘門提前開啟的時間也不同，提前開啟時間(即機組開啟等待時間，下同)可以根據明渠漸變非恒定流表面波傳播波速計算公式進行初步估算。由于各斷面的水深、流量均不相同，渠首閘門提前開啟的準確時間需要通過過渡過程數值模擬的大量試算才能得出。

通過推導的計算公式以及根據大量的試算結果呈現規律，提供一種確定上游閘門提前開啟的時間的初估方法，解決含長引水電站明渠中，由于機組增負荷導致前池水位被拉空的問題。具體計算方式見實施方式。

利用特征線法解一維明渠非恒定流的圣維南方程組，有：

其中，前一斷面水位、流量的變化，傳至下一斷面的時間后一斷面水位、流量的變化，傳至前一斷面的時間