[发明专利]一种抽水蓄能电站的尾水调压室设置判别方法

说明书

本发明公开了一种抽水蓄能电站的尾水调压室设置判别方法，包括：分别建立抽水蓄能电站的上游水库断面与水泵水轮机进口断面、尾水管进口断面与下游水库断面之间的一元非恒定管流能量方程；根据水泵水轮机工作水头得到包含输水系统水头损失参数的刚性水击方程，利用刚性水击方程和水泵水轮机边界条件得到尾水管进口处压力水头与导叶相对开度的函数关系式，根据该关系式得到导叶相对开度在合理取值范围内时，尾水管进口处压力水头的最小值；根据该最小值得到尾水系统极限长度的计算式，并利用该极限长度确定尾水调压室设置的判别条件。本发明增加了对输水系统动态水头损失的考虑，减小了尾水调压室设置判别误差，加快了工程进度，从而降低工程造价。

技术领域

本发明涉及水工设计领域，具体涉及一种抽水蓄能电站的尾水调压室设置判别方法。

背景技术

对于设置有长尾水隧洞的抽水蓄能电站，当机组甩负荷时，较大的尾水系统水流惯性将使尾水管内的压力迅速降低，甚至降低到水的饱和蒸汽压力以下，从而产生水柱分离，继而诱发强烈的反水击和结构振动，危及电站的安全运行，而设置尾水调压室是解决上述问题最有效的工程措施之一。设置尾水调压室的作用是通过反射水击波以降低压力脉动振幅，以及通过补水破坏真空，从而达到抑制尾水管内水柱分离的目的。由于尾水调压室开挖和衬砌工程量大，施工不便且造价昂贵，因此，在何种条件下需要设置尾水调压室便成为了抽水蓄能电站大规模建设中关注的问题。

然而，目前尚没有一套专门针对抽水蓄能电站尾水调压室设置的规范，抽水蓄能电站调压室的设置与否仍参考早期常规水电站的调压室设计规范以及其他国家的经验公式，国内外设置尾水调压室的条件，均以尾水管内不产生液柱分离为前提。工程实践表明，这些早期的尾水调压室设置判据均忽略了输水系统动态水头损失对尾水调压室设置的影响，一般而言，抽水蓄能电站的输水管道较长，水头损失较大，忽略水头损失将带来较大误差，因此这些早期的尾水调压室设置判据已难以满足现今设置有大容量、长尾水隧洞的抽水蓄能电站运行要求。

有鉴于此，急需一种抽水蓄能电站尾水调压室设置判别新方法，以判断是否需要设置尾水调压室，从而为水工初步设计提供参考。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的抽水蓄能电站尾水调压室设置判别方法因忽略了输水系统动态水头损失对尾水调压室设置的影响，导致设置有大容量、长尾水隧洞的抽水蓄能电站尾水调压室设置判别存在较大误差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种抽水蓄能电站的尾水调压室设置判别方法，包括以下步骤：

分别建立抽水蓄能电站的上游水库断面与水泵水轮机进口断面、尾水管进口断面与下游水库断面之间的一元非恒定管流能量方程；

结合该非恒定管流能量方程与水泵水轮机工作水头得到包含输水系统水头损失参数的刚性水击方程，利用刚性水击方程和水泵水轮机边界条件得到尾水管进口处压力水头与导叶相对开度的函数关系式，并根据该函数关系式得到导叶相对开度在合理取值范围内时，尾水管进口处压力水头的最小值；

根据尾水管进口处压力水头的最小值得到尾水系统极限长度的计算式，并利用得到的尾水系统极限长度确定尾水调压室设置的判别条件。

在上述技术方案中，利用刚性水击方程和水泵水轮机边界条件得到尾水管进口处压力水头与导叶相对开度的函数关系式，具体包括以下步骤：

利用所述水泵水轮机的简化出流规律函数以及所述刚性水击方程，得到包含输水系统水头损失参数的相对流量和导叶相对开度的一类Ricatti微分方程；

通过对该一类Ricatti微分方程进行积分和泰勒级数展开处理，得到相对流量和导叶相对开度的函数关系式；

将该函数关系式代入所述尾水管进口断面与所述下游水库断面之间的能量方程，通过相应计算得到所述尾水管进口处压力水头与导叶相对开度的函数关系式。