[发明专利]利用导叶关闭规律防止轴流式水轮机泵效应抬机的方法

说明书

本发明公开了一种利用导叶关闭规律防止轴流式水轮机泵效应抬机的方法，将轴流式水轮机甩负荷时导叶从开始关闭到完全关闭的整个关闭过程分为三个时间段，其中首尾段开度持续减小、中间段开度不变，即导叶在整个关闭过程中有一段停顿，水轮机工作点在停顿时导叶开度下处于制动区，在停顿时间段，利用制动效应将转速降低的同时维持一定的流量范围，从而避免转速大和流量小同时出现，防止泵效应抬机。该方法避免了转速大和流量小同时出现，仅通过修改调速器参数即可防止泵效应抬机。

技术领域

本发明属于水力发电技术领域，具体涉及一种利用导叶关闭规律防止轴流式水轮机泵效应抬机的方法。

背景技术

水力发电是清洁的可再生能源发电，是目前可再生能源发电中所占比重最大、效率最高、电能质量最好的发电方式。水力发电在电网中承担调频、调峰的任务，是保障电网稳定和高效运行的重要组成部分。

因为终端用户用电负荷减小(例如大型用电设备故障或大面积区域线路故障断电)，发电机的发电量超过输送给用户的量，此时要求发电厂将发电量减小到与实际负荷相适应的值。或是电厂内部的原因，供网出口断路器突然跳闸，发电机负荷突然掉到基本为零，发电厂的这些执行动作就叫甩负荷。

在水力发电中，轴流式水轮机是水轮机的重要型式之一，如图1所示，主要部件包括蜗壳(1)、座环(2)、导叶(3)、转轮(4)和尾水管(5)。由于轴流式水轮机的结构和布置特点，在甩负荷过渡过程中，由于导叶(3)关闭较快，会发生抬升力大于机组转动部件(机组转动部件主要包括水轮机、主轴、发电机转子以及其他附属部件)重力的事件，即抬机，严重者会导致事故。

轴流式水轮机抬机的原因大体上可分为反水击抬机和水泵效应抬机两种，其中：

反水击抬机是导叶(3)关闭过程中尾水管(5)压力下降到水体汽化压力，形成尾水管(5)进口的水柱分离，分离的水柱弥合时会有巨大的向上冲击力，当抬升力大于机组转动部件重力时，机组转动部件就被抬起；其发生条件是尾水管(5)的压力要低于汽化压力，形成水柱分离，若尾水管(5)压力高于汽化压力，则不会发生。

水泵效应抬机是指水轮机工作状态与向下游泵水的水泵类似的状态，此时转轮(4)将水体推向下游，而水反过来给转轮(4)一个抬升力；这种情况发生在甩负荷后转速较大而流量已很小的时候，当抬升力大于机组转动部件重力时，机组转动部件就被抬起。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用导叶关闭规律防止轴流式水轮机泵效应抬机的方法，避免了转速大和流量小同时出现，无需额外投资即可防止泵效应抬机。

本发明所采用的技术方案是：

一种利用导叶关闭规律防止轴流式水轮机泵效应抬机的方法，将轴流式水轮机甩负荷时导叶从开始关闭到完全关闭的整个关闭过程分为三个时间段，其中首尾段开度持续减小、中间段开度不变，即导叶在整个关闭过程中有一段停顿，水轮机工作点在停顿时导叶开度下处于制动区，在停顿时间段，利用制动效应将转速降低的同时维持一定的流量范围，从而避免转速大和流量小同时出现，防止泵效应抬机。

进一步地，在导叶的整个关闭过程中，导叶关闭规律的控制参数包括停顿开始时刻、停顿时间段长度、停顿结束时刻、停顿时导叶开度、停顿前导叶关闭速率和停顿后导叶关闭速率，各参数根据轴流式水轮机甩负荷后转速变化规律、流量变化规律、力矩变化规律和抬升力变化规律进行确定。

进一步地，确定各参数时，先建立模拟模型，确定并分析不考虑泵效应抬机下导叶直线关闭时轴流式水轮机甩负荷后转速变化规律、流量变化规律、力矩变化规律和抬升力变化规律，获得基本数据；然后合理拟定各参数；最后对各参数进行模拟验证，若抬升力不超过机组转动部件重力，则各参数确定，若抬升力超过机组转动部件重力，则调整参数直至抬升力不超过机组转动部件重力。

进一步地，对于停顿开始时刻，在最大转速时刻之后，在抬升力未达到机组转动部件重力之前。