[發明專利]利用導葉關閉規律防止軸流式水輪機泵效應抬機的方法

有效

• 申請號: 202010051725.9
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111350628B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 程永光;劉珂;楊志炎;楊峰;祝云憲
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: F03B15/18
• 分類號: F03B15/18;F03B15/10;F03B3/18
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 程力

本發明公開了一種利用導葉關閉規律防止軸流式水輪機泵效應抬機的方法，將軸流式水輪機甩負荷時導葉從開始關閉到完全關閉的整個關閉過程分為三個時間段，其中首尾段開度持續減小、中間段開度不變，即導葉在整個關閉過程中有一段停頓，水輪機工作點在停頓時導葉開度下處于制動區，在停頓時間段，利用制動效應將轉速降低的同時維持一定的流量范圍，從而避免轉速大和流量小同時出現，防止泵效應抬機。該方法避免了轉速大和流量小同時出現，僅通過修改調速器參數即可防止泵效應抬機。

技術領域

本發明屬于水力發電技術領域，具體涉及一種利用導葉關閉規律防止軸流式水輪機泵效應抬機的方法。

背景技術

水力發電是清潔的可再生能源發電，是目前可再生能源發電中所占比重最大、效率最高、電能質量最好的發電方式。水力發電在電網中承擔調頻、調峰的任務，是保障電網穩定和高效運行的重要組成部分。

因為終端用戶用電負荷減小(例如大型用電設備故障或大面積區域線路故障斷電)，發電機的發電量超過輸送給用戶的量，此時要求發電廠將發電量減小到與實際負荷相適應的值。或是電廠內部的原因，供網出口斷路器突然跳閘，發電機負荷突然掉到基本為零，發電廠的這些執行動作就叫甩負荷。

在水力發電中，軸流式水輪機是水輪機的重要型式之一，如圖1所示，主要部件包括蝸殼(1)、座環(2)、導葉(3)、轉輪(4)和尾水管(5)。由于軸流式水輪機的結構和布置特點，在甩負荷過渡過程中，由于導葉(3)關閉較快，會發生抬升力大于機組轉動部件(機組轉動部件主要包括水輪機、主軸、發電機轉子以及其他附屬部件)重力的事件，即抬機，嚴重者會導致事故。

軸流式水輪機抬機的原因大體上可分為反水擊抬機和水泵效應抬機兩種，其中：

反水擊抬機是導葉(3)關閉過程中尾水管(5)壓力下降到水體汽化壓力，形成尾水管(5)進口的水柱分離，分離的水柱彌合時會有巨大的向上沖擊力，當抬升力大于機組轉動部件重力時，機組轉動部件就被抬起；其發生條件是尾水管(5)的壓力要低于汽化壓力，形成水柱分離，若尾水管(5)壓力高于汽化壓力，則不會發生。

水泵效應抬機是指水輪機工作狀態與向下游泵水的水泵類似的狀態，此時轉輪(4)將水體推向下游，而水反過來給轉輪(4)一個抬升力；這種情況發生在甩負荷后轉速較大而流量已很小的時候，當抬升力大于機組轉動部件重力時，機組轉動部件就被抬起。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用導葉關閉規律防止軸流式水輪機泵效應抬機的方法，避免了轉速大和流量小同時出現，無需額外投資即可防止泵效應抬機。

本發明所采用的技術方案是：

一種利用導葉關閉規律防止軸流式水輪機泵效應抬機的方法，將軸流式水輪機甩負荷時導葉從開始關閉到完全關閉的整個關閉過程分為三個時間段，其中首尾段開度持續減小、中間段開度不變，即導葉在整個關閉過程中有一段停頓，水輪機工作點在停頓時導葉開度下處于制動區，在停頓時間段，利用制動效應將轉速降低的同時維持一定的流量范圍，從而避免轉速大和流量小同時出現，防止泵效應抬機。

進一步地，在導葉的整個關閉過程中，導葉關閉規律的控制參數包括停頓開始時刻、停頓時間段長度、停頓結束時刻、停頓時導葉開度、停頓前導葉關閉速率和停頓后導葉關閉速率，各參數根據軸流式水輪機甩負荷后轉速變化規律、流量變化規律、力矩變化規律和抬升力變化規律進行確定。

進一步地，確定各參數時，先建立模擬模型，確定并分析不考慮泵效應抬機下導葉直線關閉時軸流式水輪機甩負荷后轉速變化規律、流量變化規律、力矩變化規律和抬升力變化規律，獲得基本數據；然后合理擬定各參數；最后對各參數進行模擬驗證，若抬升力不超過機組轉動部件重力，則各參數確定，若抬升力超過機組轉動部件重力，則調整參數直至抬升力不超過機組轉動部件重力。

進一步地，對于停頓開始時刻，在最大轉速時刻之后，在抬升力未達到機組轉動部件重力之前。