CN107288107A - 避免抽水蓄能电站尾水管道发生液柱分离的装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种避免抽水蓄能电站尾水管道发生液柱分离装置及其工作方法。该装置是在若干条尾水支洞之间布置连通管，连通管位于尾水管末端，连通管中安装自动控制阀门。其工作方法是当水电站发生水力过渡过程但机组尾水进口压力高于整定值时，阀门保持关闭，减少不同管道及机组之间的干扰。当水电站发生相继甩工况且导致机组尾水进口压力低于该整定值时，设置于阀门两侧的压力传感器将会监测到该信号，反馈至信号分析器，信号分析器将其转化为指令并利用控制装置操作液压装置快速打开阀门，此时连通管可以起到连通相邻尾水支洞的作用，使得尾水进口压力较小的尾水支洞水体能量得到补充，缓解了尾水进口压力下降的趋势。一旦尾水进口压力不低于该整定值时，信号消失，此时信号分析器发出相反的指令，利用控制装置操作液压装置缓慢关闭阀门，减少不同单元之间的水力干扰。

Description

避免抽水蓄能电站尾水管道发生液柱分离的装置及其工作 方法

技术领域

本发明属于抽水蓄能电站工程技术领域，具体涉及一种避免抽水蓄能电站尾水管道发生液柱分离的装置及其工作方法。

背景技术

抽水蓄能电站为满足电力系统动态服务的要求，往往具有一机多用、工况转换迅速、启停频繁、压力脉动剧烈的特点，由此将导致输水系统中产生复杂的水力瞬变过程。针对抽水蓄能电站的过渡过程计算常常选取一些特殊组合运行工况，比如相继甩负荷这一特殊工况。对于抽水蓄能电站一洞多机的布置形式，诸多现场试验和过渡过程数值模拟计算均表明，相继甩负荷工况为抽水蓄能电站尾水进口最小压力的控制工况。尾水进口最小压力如果过小，将导致尾水管出现液柱分离现象的发生，由此产生的巨大水锤压力可能会造成机组抬机等事故。近年来随着抽水蓄能电站的大量建设，对于机组的埋深较深或者尾水系统较长的情况，尾水进口最小压力成为抽水蓄能电站过渡过程中最重要的控制条件。目前工程中常采用降低机组安装高程或者增大尾水支洞和主洞面积来改善尾水进口最小压力，但上述方法改善尾水进口压力作用有限且将增加巨大的土建投资和施工难度。因此本领域亟需简单、低造价的工程措施以满足工程建设要求。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种避免抽水蓄能电站尾水管道发生液柱分离的装置及其工作方法 。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种避免抽水蓄能电站尾水管道发生液柱分离的装置，包括若干台可逆式机组，每台可逆式机组依次连接尾水管与尾水支洞，尾水支洞汇集到尾水主洞，相邻尾水管之间连接有连通管，所述连通管上设有自动控制阀门，所述自动控制阀门包括阀门、控制装置、液压装置信号分析器及压力传感器，所述压力传感器设于阀门两侧连通管内，所述信号分析器与压力传感器连接，所述控制装置与信号分析器连接，所述控制装置用于控制液压装置执行阀门的启闭操作。

具体地，在尾水主洞处设有调压室，连通管与调压室配套布置。从而较为有效地改善尾水进口压力。

具体地，所述自动控制阀门快速开启，缓慢关闭。

当水电站发生水力过渡过程但机组尾水进口压力高于整定值时，阀门保持关闭，减少不同管道及机组之间的水力干扰；

当机组尾水进口压力低于整定值时，设置于阀门两侧的压力传感器捕捉到该信号，反馈至信号分析器，信号分析器将其转化为指令并利用控制装置操作液压装置快速打开阀门，此时连通管起到连通相邻尾水支洞，使尾水进口压力较小的尾水支洞水体能量得到补充，缓解尾水进口压力下降的趋势。

一旦尾水进口压力不低于整定值时，信号消失，此时信号分析器发出相反的指令，利用控制装置操作液压装置缓慢关闭阀门，避免电站发生常规过渡过程工况时连通管之间水体的流动，减小相互的干扰。

使用时，本发明提供的避免抽水蓄能电站尾水管道发生液柱分离的装置，包括连通管、压力传感器、信号分析器、控制装置、液压装置、阀门、尾水支洞、尾水主洞、可逆式机组、尾水管和调压室。本发明具有若干台可逆式机组，对应每台可逆式机组设有尾水管，在尾水管后布置有尾水支洞，尾水支洞交汇后布置有尾水主洞，调压室布置在尾水主洞上，所述连通管布置于尾水支洞之间，连通管中安装阀门，由控制装置进行阀门的启闭。

由于连通管位置离尾水管越近，其改善尾水进口最小压力的效果越显著，故连通管位于尾水管末端，起到连通相各条尾水支洞的作用，并实现最大程度地改善尾水进口压力的目的。

发明原理：当抽水蓄能电站布置形式为一洞多机且发生相继甩负荷工况时，此时先甩机组由于导叶的关闭，流量将不同程度的进入后甩机组，导致后甩机组流量增大，由于起始流量增大，在关闭时间一定的情况下，流速梯度加大，后甩机组的水锤压力必然增大，由此将导致后甩机组尾水进口最小压力降低。尤其为同一水力单元的多台机组先同时甩负荷，间隔一定时间后，最后一台机组再甩负荷，则最后一台机组尾水进口最小压力下降的尤为显著。而采取在各条尾水支洞之间布置连通管，可以在发生相继甩工况时改善各机组的尾水进口最小压力。当水电站正常运行时或者发生水力过渡过程但机组尾水进口压力高于整定值时，阀门处于关闭状态，流通管内无流量进出。当水电站发生相继甩工况且导致机组尾水进口压力低于该整定值时，设置于阀门两侧的压力传感器将会监测到该信号，反馈至信号分析器，信号分析器将其转化为指令并利用控制装置操作液压装置打开阀门，此时连通管可以起到连通相邻尾水支洞的作用，使得尾水进口压力较小的尾水支洞水体能量得到补充，缓解了尾水进口压力下降的趋势，一旦尾水进口压力高于该整定值时，信号消失，此时信号分析器发出相反的指令，利用控制装置操作液压装置关闭阀门。

有益效果：本发明相比其他改善抽水蓄能电站尾水进口最小压力的措施，具有结构简单、施工方便等优点，且布置方案明确，在满足其他安全可靠性能要求的前提下，较大程度地改善相继甩负荷工况下机组尾水进口最小压力。本发明尤其适用于设置有尾水调压室的抽水蓄能电站，效果显著。

附图说明

图1为本发明实施例的装置平面布置图；

图2为图1中连通管阀门处结构细部图

图3为本发明实施例中相继甩工况尾水进口压力过程线；

图中：机组1，尾水管2，尾水支洞3，尾水主洞4，调压室5，连通管6，压力传感器7，信号分析器8，控制装置9，液压装置10，阀门11。

具体实施方式

实施例：

本实施例的避免抽水蓄能电站尾水管道发生液柱分离的结构及装置，如图1和图2所示。当水电站正常运行时或者发生水力过渡过程但机组1的尾水进口压力高于整定值时，阀门11处于关闭状态，流通管6内无流量进出。当水电站发生相继甩工况且导致机组1的尾水进口压力低于该整定值时，设置于阀门11两侧的压力传感器7将会监测到该信号，反馈至信号分析器8，信号分析器8将其转化为指令并利用控制装置9操作液压装置10打开阀门11，此时连通管6可以起到连通相邻尾水支洞3的作用，使得尾水进口压力较小的尾水支洞3水体能量得到补充，缓解了尾水进口压力下降的趋势。一旦尾水进口压力高于该整定值时，信号消失，此时信号分析器8发出相反的指令，利用控制装置9操作液压装置10关闭阀门11。

某抽水蓄能电站安装有四台可逆式机组，装机容量为4×300MW，额定流量为86.68m³/s，引水主洞长943.69m，引水主洞洞径10m，各引水支洞长度均为174.83m，引水支洞洞径4.5m，各尾水支洞长度均为177.10m，尾水支洞洞径6m，尾水主洞长1062.22m，尾水主洞洞径10.4m，三条连通管长度均为25m，管径均为2.5m，调压室大井面积283.53m²。在校核工况运行时，上游校核洪水位816.77m，下游死水位383.0m，四台机组额定出力运行。本应用实例针对连通管不同布置位置的引水发电系统进行过渡过程模拟数值计算，具体计算结果如图3所示。

如图3所示，针对含尾水调压室的引水发电系统，在发生相继甩工况时，设置连通管与没有连通管相比而言可以较大的改善尾水进口最小压力，且和连通管布置位置有关。连通管布置离机组尾水管越近，改善尾水进口压力作用越明显，故本发明中连通管布置于尾水管末，以实现最大程度地改善尾水进口最小压力的目的。

Claims (4)

1.一种避免抽水蓄能电站尾水管道发生液柱分离的装置，包括若干台可逆式机组，每台可逆式机组依次连接尾水管与尾水支洞，尾水支洞汇集到尾水主洞，其特征在于：相邻尾水管之间连接有连通管，所述连通管上设有自动控制阀门，所述自动控制阀门包括阀门、控制装置、液压装置、信号分析器及压力传感器，所述压力传感器设于阀门两侧连通管内，所述信号分析器与压力传感器连接，所述控制装置与信号分析器连接，所述控制装置用于控制液压装置执行阀门的启闭操作。

2.根据权利要求1所述的避免抽水蓄能电站尾水管道发生液柱分离的装置，其特征在于：在尾水主洞处设有调压室，连通管与调压室配套布置。

3.根据权利要求1所述的避免抽水蓄能电站尾水管道发生液柱分离的装置，其特征在于：所述自动控制阀门快速开启，缓慢关闭。

4.根据权利要求1所述的避免抽水蓄能电站尾水管道发生液柱分离的装置的工作方法，其特征在于：

当水电站发生水力过渡过程但机组尾水进口压力高于整定值时，阀门保持关闭，减少不同管道及机组之间的水力干扰；

当机组尾水进口压力低于整定值时，设置于阀门两侧的压力传感器捕捉到该信号，反馈至信号分析器，信号分析器将其转化为指令并利用控制装置操作液压装置快速打开阀门，此时连通管起到连通相邻尾水支洞，使尾水进口压力较小的尾水支洞水体能量得到补充，缓解尾水进口压力下降的趋势；

一旦尾水进口压力不低于整定值时，信号消失，此时信号分析器发出相反的指令，利用控制装置操作液压装置缓慢关闭阀门，避免电站发生常规过渡过程工况时连通管之间水体的流动，减小相互的干扰。