CN112554145B - 一种水电站无退水闸的压力前池溢流堰控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种水电站无退水闸的压力前池溢流堰控制方法，通过设置溢流段与升降板，可以对压力前池的溢流堰高度进行控制，设置所述控制装置，接受水电站运行的信号，并控制升降板升降到制定高度，从而对溢流堰的泄流能力进行控制，通过升降板的设置，实现了水电站运行工况的自动控制，提高了运行效率，节省了工程造价。

Description

一种水电站无退水闸的压力前池溢流堰控制方法
技术领域
本发明涉及水利工程领域，具体涉及一种水电站无退水闸的压力前池溢流堰控制方法。
背景技术
对于径流式水电站而言，其无法对来流进行控制，处于来多少水发多少电的运行模式，对于上游来水，一般可以通过引水渠道的引水闸进行控制，引水闸引用流量达到压力前池后，水电站可以进行发电。现有的压力前池溢流堰多为自然溢流，所述溢流堰的堰顶即为水电站能发电的最高运行水位，为保证运行安全，水电站的运行高水位可以设定在距离所述溢流堰堰顶一定高度处，其即为径流式水电站的正常运行水位。为保证水电站的正常运行水位，一般溢流堰堰顶不宜修建过低，但此时溢流堰的泄流能力有限，一旦出现机组故障不能发电，为保证结构安全，溢流堰必须宣泄洪水，因此溢流堰的高度与发电产生矛盾。
为解决泄流问题，一般可以采用修建退水闸的方式，即在压力前池修建退水闸，一旦电站运行故障，溢流堰不可调节，此时，多余的水量通过退水闸进行泄洪，这种退水闸一般不设置相应的控制装置，其单独运行，安全可靠性没有保障，且这种运行模式增加了工程造价，而前池的设置可能不允许退水闸的修建，此时一般为保证结构安全，降低溢流堰的高度，以保证必要的泄洪，而溢流堰高度一旦降低，将会直接影响水电站的发电水头，继而影响水电站的发电效益。因此，径流式水电站的溢流堰的设置与发电产生了一定的矛盾。
发明内容
本发明针对现有技术的问题，提供一种水电站无退水闸的压力前池溢流堰控制方法。
一种水电站无退水闸的压力前池溢流堰控制方法，所述水电站为径流式水电站，其设置有压力前池，所述压力前池上不设置退水闸，仅设置有溢流堰，其特征在于：所述溢流堰包括左侧墙、右侧墙以及位于所述左侧墙和所述右侧墙中的溢流段，所述左侧墙内设置有左滑道，所述右侧墙内设置有右滑道，所述溢流段内设置有滑槽，所述升降板位于所述溢流段内的滑槽中，并与所述左滑道、所述右滑道滑动配合，所述升降板连接有升降装置，所述升降装置连接有控制装置，所述控制方法包括如下步骤：
S1：电站正常运行过程中，且所有机组均可运行时，所述控制装置控制所述升降板升起至设定高度，所述设定高度为水电站运行的前池正常运行水位；
S2：当部分机组由于故障不能运行发电时，所述控制控制接受机组运行信号，并控制所述升降板下降，下降高度h为由所述设定高度下降的高度值，所述下降高度h满足如下公式：
F（h）=Q1+……Qn
其中，F（h）为所述下降高度对应的溢流段的泄流量值，Q1+……Qn为不能运行发电机组的发电引用流量的和；其中，n为不能运行机组的总台数。
S3：当所有机组均不能发电运行时，所述控制装置接受信号，并控制所述升降板下降与所述溢流段顶面平齐，电站不能利用的水量通过所述溢流段下泄。
作为优选，所述溢流段的顶高程应满足其设计下泄流量等于所述电站的满发流量。
作为优选，所述水电站设置有所述尾水监测装置，所述压力前池设置有压力前池水位监测装置，所述控制装置可以获取所述水电站各台机组的出力以及所述压力前池水位监测装置监测的压力前池水位和尾水监测装置监测的尾水位。
作为优选，所述S2中所述机组运行信号包括不能运行发电机组的台数、编号及其对应的正常运行时的出力，所述控制方法为：根据所述各台不能运行发电机组正常运行时的出力结合压力前池水位监测装置监测的压力前池水位和尾水监测装置监测的尾水位，根据机组运行效率曲线，反算各台不能运行发电机组对应的流量值，累加所述流量值，即Q1+……Qn，继而得到溢流堰的下泄流量，由该溢流堰的下泄流量值反算升降板的下降高度，所述控制装置根据该反算得到的下降高度，控制所述升降装置降低升降板至反算的下降高度。
本发明的工作原理如下：
压力前池不设置退水闸，减少了工程造价，在此基础上，对于溢流堰修建高度更低的溢流段，在其上修建所述可升降的升降板，电站正常运行时，升降板升降到水电站运行的正常水位；而在机组故障不能运行时，控制装置接受信号，计算机组不能利用的流量，继而反算得到下降高度，控制升降板下降至下降高度，从而实现泄流；而一旦机组全部故障停机，甩负荷时，控制装置接受信号，并将升降板下降到与所述溢流段平齐，从而实现自然溢流；所述溢流段的高度应当满足可以下泄机组的满发流量。
如果溢流段修建高度过低，虽然下泄流量满发，但是升降板本身结构强度较低，会增加结构的不安全，因此溢流段的高度以满足下泄机组的满发流量为准，升降装置可以选择为升降电机，其利用控制装置的信号动作，所述控制装置可以进行数据采集和计算。
本发明适用于径流式水电站来水稳定的工况，此时监测水电站机组运行状态，并保证水电站压力前池的正常高水位运行；如果某一机组发生故障时，根据机组原出力状态及运行状态，计算故障机组的原发电流量，根据该发电流量，按照溢流堰的流量计算公式计算其应该下降高度，并通过控制装置控制升降板降低至该下降高度，所述下降高度应满足前池水位稳定在正常高水位时，可以满足该下泄流量；当机组全部故障时，升降板降低至最低，可以实现最低溢流。
本发明的优点在于：
本发明提供的水电站无退水闸的压力前池溢流堰控制方法，通过设置溢流段与升降板，可以对压力前池的溢流堰高度进行控制，设置所述控制装置，接受水电站运行的信号，并控制升降板升降到制定高度，从而对溢流堰的泄流能力进行控制，通过升降板的设置，实现了水电站运行工况的自动控制，提高了运行效率，节省了工程造价。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为左侧墙及左滑道结构示意图；
图3为溢流段及滑槽示意图。
具体实施方式：以下针对说明书附图内容，对本发明限定的结构，进行具体的解释说明。
一种水电站无退水闸的压力前池溢流堰控制方法，所述水电站为径流式水电站，其设置有压力前池，所述压力前池上不设置退水闸，仅设置有溢流堰，其特征在于：所述溢流堰包括左侧墙1、右侧墙2以及位于所述左侧墙1和所述右侧墙2中的溢流段3，所述左侧墙1内设置有左滑道5，所述右侧墙2内设置有右滑道，所述溢流段3内设置有滑槽6，所述升降板4位于所述溢流段3内的滑槽6中，并与所述左滑道5、所述右滑道滑动配合，所述升降板4连接有升降装置，所述升降装置连接有控制装置，所述控制方法包括如下步骤：
S1：电站正常运行过程中，且所有机组均可运行时，所述控制装置控制所述升降板4升起至设定高度，所述设定高度为水电站运行的前池正常运行水位；
S2：当部分机组由于故障不能运行发电时，所述控制控制接受机组运行信号，并控制所述升降板4下降，下降高度h为由所述设定高度下降的高度值，所述下降高度h满足如下公式：
F（h）=Q1+……Qn
其中，F（h）为所述下降高度对应的溢流段3的泄流量值，Q1+……Qn为不能运行发电机组的发电引用流量的和；其中，n为不能运行机组的总台数。
S3：当所有机组均不能发电运行时，所述控制装置接受信号，并控制所述升降板4下降与所述溢流段3顶面平齐，电站不能利用的水量通过所述溢流段3下泄。
作为优选，所述溢流段3的顶高程应满足其设计下泄流量等于所述电站的满发流量。
作为优选，所述水电站设置有所述尾水监测装置，所述压力前池设置有压力前池水位监测装置，所述控制装置可以获取所述水电站各台机组的出力以及所述压力前池水位监测装置监测的压力前池水位和尾水监测装置监测的尾水位。
作为优选，所述S2中所述机组运行信号包括不能运行发电机组的台数、编号及其对应的正常运行时的出力，所述控制方法为：根据所述各台不能运行发电机组正常运行时的出力结合压力前池水位监测装置监测的压力前池水位和尾水监测装置监测的尾水位，根据机组运行效率曲线，反算各台不能运行发电机组对应的流量值，累加所述流量值，即Q1+……Qn，继而得到溢流堰的下泄流量，由该溢流堰的下泄流量值反算升降板4的下降高度，所述控制装置根据该反算得到的下降高度，控制所述升降装置降低升降板4至反算的下降高度。
以下举例对其进行说明：
某径流式水电站，左右侧墙高程为32m，溢流段的高程为30m，升降板最大上升高程为31.8m（距离顶部0.2m为安全高程）；机组装机容量为3×1000kW，满发流量为3×10m³/s；
正常运行状态时，升降板升高至最高高程，为31.8m，该水位为前池的正常运行水位，机组满发，机组出力为1000kW，根据上下游水位即前池水位和尾水位，结合机组运行效率曲线，计算各台机的引用流量均为10 m³/s；
如果此时1#机组出现故障，需要停机时，控制装置接收停机信号，并根据其原有出力1000kW结合前池水位、尾水位，计算其流量10m³/s，根据10 m³/s，结合溢流段长度，按照溢流堰泻流公式计算此时应该下降高度为0.6m，则此时控制装置根据计算得到的0.6m，控制升降板下降0.6m，高程为31.2m，此时，1#机组停机后，升降板降低至31.2m，多余流量从升降板上溢流，前池水位仍可保持在31.8m（即溢流堰前的水头为0.6m）。
当所有机组均出现故障需要停机时，控制装置接收停机信号，并将升降板降低至与所述溢流段顶面平齐，实现自由泻流，此时溢流堰顶高程为31m，需要保证溢流堰前水头1.8m的溢流堰泻量等于或大于30m³/s即可，也即满足溢流堰前池水位31.8m时的溢流堰自由泻量大于等于30m³/s即可。此时所有流量均可以实现自由泻流。
上述实施例均为本发明的实施例一种，根据具体的不同结构可以选择不同的实现方式。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (4)

1.一种水电站无退水闸的压力前池溢流堰控制方法，所述水电站为径流式水电站，其设置有压力前池，所述压力前池上不设置退水闸，仅设置有溢流堰，其特征在于：所述溢流堰包括左侧墙、右侧墙以及位于所述左侧墙和所述右侧墙中的溢流段，所述左侧墙内设置有左滑道，所述右侧墙内设置有右滑道，所述溢流段内设置有滑槽，升降板位于所述溢流段内的滑槽中，并与所述左滑道、所述右滑道滑动配合，所述升降板连接有升降装置，所述升降装置连接有控制装置，所述控制方法包括如下步骤：
S1：电站正常运行过程中，且所有机组均可运行时，所述控制装置控制所述升降板升起至设定高度，所述设定高度为水电站运行的前池正常运行水位；
S2：当部分机组由于故障不能运行发电时，所述控制装置接受机组运行信号，并控制所述升降板下降，下降高度h为由所述设定高度下降的高度值，所述下降高度h满足如下公式：
F(h)＝Q1+……Qn；
其中，F(h)为所述下降高度对应的溢流段的泄流量值，Q1+……Qn为不能运行发电机组的发电引用流量的和；其中，n为不能运行机组的总台数；
S3：当所有机组均不能发电运行时，所述控制装置接受信号，并控制所述升降板下降与所述溢流段顶面平齐，电站不能利用的水量通过所述溢流段下泄。
2.如权利要求1所述的水电站无退水闸的压力前池溢流堰控制方法，其特征在于：所述溢流段的顶高程应满足其设计下泄流量等于所述电站的满发流量。
3.如权利要求1所述的水电站无退水闸的压力前池溢流堰控制方法，其特征在于：所述水电站设置有尾水监测装置，所述压力前池设置有压力前池水位监测装置，所述控制装置可以获取所述水电站各台机组的出力以及所述压力前池水位监测装置监测的压力前池水位和尾水监测装置监测的尾水位。
4.如权利要求3所述的水电站无退水闸的压力前池溢流堰控制方法，其特征在于：所述S2中所述机组运行信号包括不能运行发电机组的台数、编号及其对应的正常运行时的出力，所述控制方法为：根据所述各台不能运行发电机组正常运行时的出力结合压力前池水位监测装置监测的压力前池水位和尾水监测装置监测的尾水位，根据机组运行效率曲线，反算各台不能运行发电机组对应的流量值，累加所述流量值，即Q1+……Qn，继而得到溢流堰的下泄流量，由该溢流堰的下泄流量值反算升降板的下降高度，所述控制装置根据该反算得到的下降高度，控制所述升降装置降低升降板至反算的下降高度。
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