水泵水轮机_S_特性对机组水头低时发电影响及对策分析.docx

2007 年 4 月JO URNAL OF NO RTHWEST HYD ROEL ECTRIC POWERAp r . 2007文章编号 :167124768 (2007) 0220054204水泵水轮机“S”特性对机组水头低时发电影响及对策分析徐广文1 ,郑源1 ,周晓艳2(1 . 河海大学水利水电工程学院 ,南京 210098 ; 2 . 河海大学海洋学院 , 南京 210098)摘 要 : 介绍了水泵水轮机“S”特性并从理论上分析了其形成的原因 。由于活动导叶与固定导叶的共同作用 ,抽水蓄能机组水头低时发电 ,导叶异步开启时 ,进入转轮前部分水流的流速 得到了提高 ,并高于导叶同步开启时进入转轮前水流的流速 。从而有效地改善了对应空载工 况点处的“S”特性 ,解决了水泵水轮机“S”特性此时对机组运行的不利影响 。并结合实例进行 了分析 。关键词 : 水泵水轮机 “;中图分类号 : T K743S”特性 ;抽水蓄能机组 ;发电文献标识码 : B现象[ 2 ] 。本文根据水泵水 轮机“S”特 性的 形 成原 因 , 分析抽水蓄能机组水头低时发电难并网 、并网不 成功和并网后可能进入反水泵区的原因 ,并针对具体实际寻找解决对策 。1引言近年来 ,随着国内各地已建抽水蓄能电站相继投入运行 ,抽水蓄能机组在电网中削峰填谷 、旋 转备用 、调频 、调相 、负荷跟踪 、增加可靠性 、快速 爬坡等作用逐步体现出来并被人们认可 。市场经 济的发展和人民生活水平的提高 ,对电网安全稳 定运行提出了更高要求 ,所以对作为电网保安电 源的抽水蓄能机组稳定运行的要求也更高 。与常规水轮机相比 ,水泵水轮机既要作水轮机运行又要作水泵运行 ,因此需要兼顾这两个工 况下的性能 ,从而导致水力设计上的特殊化 ,使得 水泵水轮机全特性曲线上出现倒“S”形区域 ( 简 称“S”特性) 。在一些特定的情况下 ,它会对机组 的运行稳定性产生很大的影响 。在抽水蓄能机组的运行稳定性逐渐受到重视 的今天 ,有关水泵水轮机“S”特性对机组运行 稳定性的影响的研究也越来越多 。抽水蓄能机组在 水头低时发电会出现难并网 、并网不成功 [ 1 ]和并网 后不能由空载直接带上负荷而进入反水泵区的2 水泵水轮机的“S”特性2 . 1水泵水轮机的“S”特性从水 泵 水 轮 机 的 流 量 全 特 性 曲 线 可 以 看 出[ 3 ] ,水泵水轮机在制动区 ④内的等开度线呈现倒“S”形 ,并且集中在 n11 很近的一块区域内 (见图1) ,该区域即称为水泵水轮机的“S”区 ,简称“S” 特性 。2 . 2 “S”特性形成原因水轮机的型号可采用比转速 ns 表示 ,运行工 况一般采用单位转速 n11 、单位流量 Q11 表示 ,它们与机组转速 n 、水轮机流量 Q 、水轮机水头 H 的关系为[ 4 ]n Q( 1)ns =3H 4收稿日期 :2007201216作者简介 :徐广文 (19802 ) ,男 ,江苏盐城人 ,河海大学水利水电工程学院在读硕士研究生 ; 郑源 (19642 ) ,男 ,山东日照人 , 河海大学教授 ,博士生导师 。第 2 期徐广文 ,等 水泵水轮机“S”特性对机组水头低时发电影响及对策分析55由 (2) 、(4) 、(5) 式得 :( n11 ) 1 = α( n11 ) 2最后 ,由式 (6) 可得 :Δn11 = ( n11 ) 1 - ( n11 ) 2 = (α -( 6)1) ( n11 ) 2 ( 7)由式 (7) 可知 : 随着单位转速的增加 ,两个转轮的单位转速之差越来越大 ,这就意味着比转速 低的转轮的等开度线下降得较快 。与常规水轮机相比 ,水泵水轮机应用水头 H较高 。由式 ( 1) 中比转速 ns 和水头 H 的关系可 知 :水泵水轮机的比转速比常规水轮机的比转速低 。综上所述 ,可得水泵水轮机和常规水轮机在 高转速区的等开度线特征 ,见图 2 。在图 (2) 中 ,常图 1 水泵水轮机流量全特性曲线nD1( 2)n11 =H= Q ( 3)Q11D 2H规水轮机的等开度线在高速区与飞逸线 ( M= 0)111式中 : D1 为水轮机的名义直径 。的交角均较大 ,故常规水轮机飞逸时容易保持稳定 ,而水泵水轮机开度大的等开度线在高速区与飞 逸线 ( M11 = 0) 的交角较小 ,这时微小的 n11 变化将会导致 Q11 的大幅变化 ,故水泵水轮机在大开度下 到达飞逸后不易保持稳定 。在相同的应用水头下 ,低比转速水轮机的尺 寸大 ,受到的惯性作用力大 。水泵水轮机比转速 低 ,直径较大 ,进口处水流受到的离心作用力大 。 所以 ,低比转速水轮机达到飞逸后易因较强的惯 性力作