CN106894944A - 一种治理水电机组甩负荷抬机的深层方法 - Google Patents

一种治理水电机组甩负荷抬机的深层方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106894944A
CN106894944A CN201710100685.0A CN201710100685A CN106894944A CN 106894944 A CN106894944 A CN 106894944A CN 201710100685 A CN201710100685 A CN 201710100685A CN 106894944 A CN106894944 A CN 106894944A
Authority
CN
China
Prior art keywords
load
removal
water attack
machine
deep layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710100685.0A
Other languages
English (en)
Inventor
朱文杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201710100685.0A priority Critical patent/CN106894944A/zh
Publication of CN106894944A publication Critical patent/CN106894944A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B15/00—Controlling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B11/00—Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
    • F03B11/002—Injecting air or other fluid
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Water Turbines (AREA)

Abstract

本发明涉及水力发电生产安全，具体是科学治理机组甩负荷抬机。针对以前各种真空破坏阀及继电器延时补气方法都存在原理性缺陷而补气不足或不及时，本发明揭示了造成甩负荷抬机的深层机理是快速关闭导水叶时引水管、尾水管都产生水击行波，若则两管水击行波正向峰值叠加，若

Description

一种治理水电机组甩负荷抬机的深层方法
技术领域
本发明涉及水力发电生产安全(H02)，具体是治理水轮发电机组甩负荷时，因快速关闭导水叶而造成的抬机事故。
背景技术
早在国家水利电力部时代，我国水力发电工作者对水轮发电机组甩负荷抬机问题进行过长久的研究与工程防护，传统治抬措施有：①强迫式真空破坏阀由调速环下楔块速压而动作，进气位置在转轮室四周压力较高区，动作后进气量很小；②自吸式真空破坏阀动作时已形成大真空度，加之水击行波在约t＝(2×25～2×50)/1000＝0.05～0.1秒后返回，入气位置虽佳仍进气极少；③两段关闭导水叶法只能略微减轻而不能消除转轮室-尾水管段存在的水击，对解决小Kz值[01]的机组抬机几乎无效，例如葛洲坝大江电厂14#机在1987年7月4日甩负荷抬机25mm[02]；④韶关长湖水电站等采用延时继电器启动装置向转轮室补入压缩空气[03]；⑤焊箍卡住，是无奈之举。
这些原水利电力部时代治理抬机的“补气”经验，都只看到转轮室产生了真空，都只重视了以牛顿惯性学说解释的反向水推力及“水泵升力”，而忽视了转轮室-尾水管段也会产生水击行波[04]，这些方法都存在原理性缺陷，申请人于1994年提出过“不延时”自动向转轮室“补入适量压缩空气”并设计了电气控制电路[01]。进一步研究发现，引水管、尾水管尺寸比例不当时而行波叠加，更容易先天性发生抬机，例如俄罗斯2009年8月17日萨彦·舒申斯克灾难。
引用文献
[01]朱文杰.水轮机防抬措施探讨.水利水电技术[J].北京：水利电力出版社，1994(09)；
[02]刘庚辛.水轮发电机组抬机事故的原因.水电站机电技术[J].天津：全国水利水电机电技术情报网出版，1989(02)；
[03]机电设计手册编写组.水电站机电设计手册，电气二次[M].北京：水利电力出版社，1984.12；
[04]朱文杰.S7-PLC控制调相压水系统并与治理甩负荷抬机合成一个神经元.第一届水力发电技术国际会议论文集，第二卷[M].北京：中国电力出版社，2006.10。
发明内容
本发明揭示水电机组甩负荷抬机的深层机理是引水管、尾水管都发生了水击行波，指出在过水流道尺寸设计时应避免可能的两管水击行波互相加强；同时提出一种治理抬机的补气方式：即在甩负荷等情况需要快速关闭导叶时，“不延时”向转轮室“补入足量压缩空气”。
1.深层机理——两管水击联合抬机
水轮发电机组事故或调度人为甩负荷后，为防转速飞逸，常自动快速关闭导水叶，导致引水管和尾水管都发生水击。若(式中L引、L尾分别为引水管、尾水管中心线长度；C引、C尾分别为引水管、尾水管中发生水击时的行波传播速度；N＝1,2,3……)，则引水管水击第1阶段正波和尾水管水击第2N阶段正波在转轮室叠加而合抬。当N＝1非常不利，此时ΔP＝ΔP1+ΔP2＝ρ(C引V引0+C尾V尾0)(式中ΔP为压强上升幅值；ΔP1、ΔP2分别为引水管、尾水管发生水击后的压强上升幅值；ρ为水的密度；V引0、V尾0分别为引水管、尾水管发生水击前的恒定流速度)，如图1所示。俄罗斯叶尼塞河萨彦·舒申斯克惨案吻合了N＝4的情况。
当水击力与反向水推力之和大于机组转动体重量，即P0+ΔP-HSρ≥KZ时发生抬机。式中P0为水击前恒定流压强；HS为吸出高；KZ为转动体在转轮室单位截面积上的重量，或称转动体相对重量[01]。
2.过流通道尺寸设计推荐公式
在水电站工程设计过程中，决定过流通道尺寸时，应该严格避免出现推荐设计成满足 以使引水管、尾水管两管水击峰值在转轮室抵消，如图2所示。
3.抬机后下落碰撞力及其自重倍数
当抬机高度h(m)时，镜板碰撞推力瓦速度为。因(F为碰撞力；为碰撞时间/很小；M为转体质量)，可见惊人大，令称为碰撞力自重倍数，它与转体质量无关、与抬机高度的平方根成正比、与碰撞时间成反比，如图3所示。冲击应力应变及材料疲劳问题使材料强度再大也难承受，特易破坏卡环凹处，材料强度大只不过承受碰撞次数多些罢了。这里说明无论机组大小，都必须重视治理甩负荷抬机。
4.原理性变革的治理甩负荷抬机的思路
既然传统的防抬机措施存在原理性缺陷，就应转变思路，控制水电机组甩负荷后转轮室可能发生的两管水击。当甩负荷后为防转速飞逸要求导水叶快速关闭造成转轮室过水流量急剧下降时，为使转轮室-尾水管段不发生水击，除尽量限制关机速度外，应由远动系统指示PLC自动“不延时”向转轮室中心区域(压力较低区)补入足量(不小于过水流量减小值)的压缩空气，以维持转轮室压强不小于甩负荷前的压强值。
5.发明效果
由于找到了甩负荷抬机的深层机理，设计时就保证合理的过流通道尺寸，并采用PLC新技术控制“不延时”补气，使甩负荷时不产生转轮室真空，可预防萨彦·舒申斯克惨案在列国重演，达到治理抬机目的。
附图说明
图1：引水管水击正行波与尾水管水击正行波在转轮室峰值叠加；
图2：引水管水击正行波与尾水管水击负行波在转轮室峰值抵消；
图3：碰撞力自重倍数α与碰撞时间Δt的关系曲线；
图4、图5、图6、图7：皆系举例CP1H治理甩负荷抬机时程序设计的梯形图，共四张图左右母线对齐组成一个整体。
具体实施方式
首先，在应用反击式水轮发电机组的各种规模水电站的过流通道尺寸设计时，推荐满足 的要求。
其次，在反击式水电机组因甩负荷等原因而要求快速关闭导水叶时，由远动系统指示PLC控制一种补气方式：自动“不延时”向转轮室“补入足量压缩空气”，避免尾水管发生水击，以达到治理甩负荷抬机的目的。以下以CP1H型PLC为例，进行治理甩负荷抬机的控制系统设计。
1.硬件系统
(1)为监测监控转轮室压强，在顶盖过流面直径为(D1+Dz)/2的分布圆周上(D1为转轮标称直径；Dz为主轴直径)沿+X、+Y、―X、―Y方向分别布置1～4号四只压力传感器。
(2)为向转轮室补入适量气体，在压缩空气通向顶盖的供气支管(支管又开四叉，可与调相压水结合)上串联一只电动控制阀。
(3)设置CP1H型PLC，网络类型Toolbus，内建AD/DA：模拟量方式1200，勾选AD 0～3CH、使用平均值、范围-10到10V，勾选DA 0CH、范围-10到10V。
(4)首先给出输入、输出信号内存变量地址分配如下：
Y:100.00——电动调节阀电源投入；
Y:100.01——电动调节阀立即全开；
Y:100.02——电动调节阀关闭；
W11.00——机组甩负荷标识；
W11.01——导叶开度位置空载以上；
W11.03——DL辅助触点引出；
W11.05——导叶开度位置全关；
W13.00——模拟SM0.1；
W50.00——机组事故停机继电器；
W50.06——机组停机指令信号；
W500、W504——接收AD 0CH数字值；
W501、W505——接收AD 1CH数字值；
W502、W506——接收AD 2CH数字值；
W503、W507——接收AD 3CH数字值；
W508——转轮室测定压力；
W400——把甩负荷瞬间的转轮室压力作为设定值；
W450——PID输出；
TMHH7——1ms计时器；
AD 0CH——1号压力传感器信号量；
AD 1CH——2号压力传感器信号量；
AD 2CH——3号压力传感器信号量；
AD 3CH——4号压力传感器信号量；
DA 0CH——电动调节阀PID调节。
2.控制程序
根据机组控制要求与分析编写控制程序，将其梯形图按先后次序分割成四部分，如图4、 图5、图6、图7所示。
3.程序简要说明
当机组甩负荷后，出口断路器是跳开的，其辅助动断触点W11.03闭合，导叶开度位置仍在空载以上，动合触点W11.01闭合，此时机组事故停机继电器W50.00以及机组停机继电器W50.06均启动使其动合触点亦都闭合，因此机组甩负荷标识W11.00置位。甩负荷标识W11.00置位后，Y:100.00置1使电动调节阀电源立即投入，甩负荷后第一次扫描程序时Y:100.01置1作用于电动调节阀全开度打开。
把AD 0～3CH从顶盖下方采集到的压力数字值传送到W500～W503，各取1/4储存在W504～W507，再相加得到转轮室实测平均压力，储存在W508，作为PID控制的输入值。而甩负荷后第一个扫描周期把W508中储存的甩负荷瞬间的转轮室压力，送入W400中储存起来，作为这次PID控制的设定值，PID输出设置为W450。当机组停机继电器复归(W50.06动断闭合)、导叶位置全关(W11.05动断闭合)，Y:100.02置位使电动调节阀全关。
4.补充说明
“不延时”“补入适量压缩空气”是申请人在1994年基于国家原水利电力部治抬经验而提出的观点，考虑机组事故停机过程中的暂态“气垫”无害，进一步提出由远动系统自动“不延时”“补入足量压缩空气”，即“不延时补气益多不能少”，这样可以不采用PID控制规律，有利于简化控制程序，只需在甩负荷时“不延时”开启足够口径的阀门，再延时若干秒后关闭补气阀门。

Claims (3)

1.一种治理水电机组甩负荷抬机的深层方法，包括深层机理和补气方式，其特征在于，包括在水电工程机组过流通道尺寸设计时应遵循(N＝0，1，2，3……)，和甩负荷等情况发生后要求快速关闭导水叶时由远动系统指示PLC自动“不延时”向转轮室“补入足量压缩空气”。
2.根据权利要求1所述的一种治理水电机组甩负荷抬机的深层方法之深层机理，其特征是，甩负荷等要求快速关闭导水叶时引水管、尾水管都会发生水击行波，若(N＝1，2，3……)，则两管水击行波正向峰值在转轮室叠加；若(N＝0，1，2，3……)，则引水管水击行波正向峰值与尾水管水击反向峰值在转轮室相抵消。
3.根据权利要求1所述的一种治理水电机组甩负荷抬机的深层方法之补气方式，其特征是，甩负荷等情况发生后要求快速关闭导水叶时，由远动系统指示PLC自动“不延时”向转轮室“补入足量压缩空气”，使转轮室不产生真空、尾水管中不发生水击，“足量”是指不少于关导叶后过机流量的减小值，由于转轮室“气垫”在这一暂态过程中无害，故补入气量“宜多不能少”，补气时全开足够口径的控制阀若干秒。
CN201710100685.0A 2017-02-23 2017-02-23 一种治理水电机组甩负荷抬机的深层方法 Pending CN106894944A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710100685.0A CN106894944A (zh) 2017-02-23 2017-02-23 一种治理水电机组甩负荷抬机的深层方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710100685.0A CN106894944A (zh) 2017-02-23 2017-02-23 一种治理水电机组甩负荷抬机的深层方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106894944A true CN106894944A (zh) 2017-06-27

Family

ID=59184601

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710100685.0A Pending CN106894944A (zh) 2017-02-23 2017-02-23 一种治理水电机组甩负荷抬机的深层方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106894944A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110886673A (zh) * 2019-11-26 2020-03-17 清华大学 一种降低水轮机水压脉动与压力梯度的尾水管及其方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101846028A (zh) * 2010-05-18 2010-09-29 中国水电顾问集团西北勘测设计研究院 水轮发电机组防止抬机的方法
JP2010242660A (ja) * 2009-04-08 2010-10-28 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 下カバー排水弁の運用方法および水車、ポンプ水車およびポンプの運用方法
CN102121450A (zh) * 2011-04-26 2011-07-13 四川省机械设备进出口有限责任公司 防止轴流转桨式水轮机抬机的方法
CN102953923A (zh) * 2012-09-25 2013-03-06 浙江省电力公司紧水滩水力发电厂 一种水轮发电机组调相补气压水控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010242660A (ja) * 2009-04-08 2010-10-28 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 下カバー排水弁の運用方法および水車、ポンプ水車およびポンプの運用方法
CN101846028A (zh) * 2010-05-18 2010-09-29 中国水电顾问集团西北勘测设计研究院 水轮发电机组防止抬机的方法
CN102121450A (zh) * 2011-04-26 2011-07-13 四川省机械设备进出口有限责任公司 防止轴流转桨式水轮机抬机的方法
CN102953923A (zh) * 2012-09-25 2013-03-06 浙江省电力公司紧水滩水力发电厂 一种水轮发电机组调相补气压水控制方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
史海珊: "《水电站》", 30 June 1993 *
朱文杰: "S7-PLC控制调相压水系统与治理甩负荷抬机神经元合成", 《实验室研究与探索》 *
朱文杰: "水轮机防抬措施探讨", 《水利水电技术》 *
李树槐等: "水轮机抬机原因分析及对策", 《小水电》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110886673A (zh) * 2019-11-26 2020-03-17 清华大学 一种降低水轮机水压脉动与压力梯度的尾水管及其方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101260660A (zh) 串联式水利发电站
CN203532152U (zh) 一种水电站调压装置
CN208363053U (zh) 一种长引水电站高水头大流量消能减压排水系统
CN208604556U (zh) 用于特高堆石坝的多功能生态供水洞布置结构
CN106894944A (zh) 一种治理水电机组甩负荷抬机的深层方法
CN104005387B (zh) 放空洞或非常泄洪洞布置系统及其开启和关闭的方法
CN102900057B (zh) 一种水电站主进水球阀带压不全开的方法
CN204984494U (zh) 一种天燃气管线减压能量回收机组
CN111441896A (zh) 一种水电站消除水力过渡过程压力升高的系统及方法
CN105114132B (zh) 天燃气管线减压能量回收机组
CN212406929U (zh) 一种水电站消除水力过渡过程压力升高的系统
CN113530744A (zh) 可移动式利用水库水势资源发电制氢的装置及其使用方法
CN101666079A (zh) 一种槽渠水力集群式发电站
CN205936957U (zh) 基于双电磁阀与联动阀的水轮机调速器紧急停机装置
CN110528016A (zh) 利用水电站冷却供水系统余压发电制氢装置
CN202082037U (zh) 工业循环水余能发电装置
CN216044140U (zh) 可移动式利用水库水势资源发电制氢的装置
CN103982364A (zh) 发电装置
CN210974885U (zh) 利用水电站冷却供水系统余压发电制氢装置
CN101737232A (zh) 一种管道式水力循环发电机组
CN216518377U (zh) 一种管道式水力发电设备
Yi et al. Calculation and Analysis of Regulation Guarantee for NO. 1 Hydro Generator Unit of Gongzui Hydropower Station
Popov et al. Development of technical solutions to improve the reliability of the condensate-feed pipeline of the BREST-OD-300 power unit
CN203383966U (zh) 一种减沙抗磨的水轮机蜗壳
CN207093152U (zh) 一种背压式汽轮发电机组系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination