（桂林市水利电力勘测设计研究院 广西桂林 541001）
摘要：水轮发电机组在运行中遇到启动、停机、增减负荷、事故甩负荷等工况变化时，会引起引水系统的水力过渡过程，所以在设计中必须通过调节保证计算以选择合适的导叶关闭时间及关闭规律，从而优化引水系统的工况，使水电站的水工建筑物布置既经济合理又安全可靠。
关键词：水力机械；调节保证计算；新寨水电站
0工程概况
新寨水电站位于云南省东南部藤条江一级支流金水河上，是金水河干流规划的第3个梯级水电站，其水库调节库容400万m3，具有旬调节性能。新寨水电站为引水式电站，设有引水隧洞及调压井，调压井后接压力钢管，采用“一管两机”，卜型叉管布置方式，厂房为地面式厂房。电站装机容量为2×24MW，电气主接线采用“两机一变”的型式，其接入方式为：一回110kV线路至和谐水电站220kV升压站，再一回220kV线路至勐拉变电站。电站建成后的运行方式为：洪水期担任基荷，枯水期担任峰荷，平常应充分发挥良好的调峰作用。
1调节保证计算的任务和标准
1.1调节保证计算的任务
在水电站设计工作中，为使机组在各种不利工况下甩负荷后的安全性满足规范和设计要求，就需要充分考虑机组在运行过程中可能遇到的各种不利工况，对水电站的引水系统进行调节保证计算，以确定合理的导叶关闭时间及关闭规律。
在电站运行中，常会遇到由于各种事故导致机组突然与系统解列，把负荷甩掉，此时机组的转速急剧上升，若机组转速上升超过一定数值就可能会影响到机组的强度、寿命及引起机组振动。因此，必须及时动作调速器以快速关闭水轮机导叶。由于导叶迅速关闭，水轮机的流量会急剧变化，在引水系统内产生水击，使引水系统内的压力上升，若压力上升超过设计极限有可能导致压力钢管爆裂危及电站安全。所以，要合理确定导叶的关闭时间及关闭规律，控制机组转速上升和引水系统压力上升值，确保电站的安全运行。
1.2调节保证计算的标准
根据《水力发电厂机电设计规范》（DL/T5186-2004），机组甩负荷时的最大转速升高率保证值：当机组容量占系统工作总容量的比重不大，或不担负调频任务时，宜小于60%。机组甩负荷的蜗壳最大压力升高率保证值：额定水头为100m~300m时宜为30%~25%。当机组甩负荷时尾水管进口断面的最大真空保证值不应大于0.08MPa。
2、电站基本参数
2.1水库和尾水水位及特征水头
水库水位：校核洪水位585.29m，设计洪水位585m，正常蓄水位585m，发电死水位555m。
厂房水位：校核洪水位428.25，设计洪水位427.85m，正常尾水位425m，设计尾水位422.95m。
机组特征水头：最大水头162m，最小水头112m，额定水头141m。
2.2引水系统参数
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图2.1 电站引水系统布置图
2.3机组参数
本电站机组参数见表2.2。
表2.2 水轮机和发电机的基本参数表
3、调节保证计算工况的选择
从设计经验可知，水电站运行过程中最危险的工况出现在机组甩全负荷时：即机组以额定水头或最大水头运行时，若机组突然甩全部负荷，则蜗壳压力上升和机组转速上升出现最大值。而尾水管进口真空最大值，出现在尾水位较低且机组最大负荷运行时。
新寨水电站机组在运行过程中可能出现的最不利工况见表3.1。
表3.1调节保证计算工况（大波动过渡过程）
4、调节保证计算成果及分析
4.1导叶关闭时间及关闭规律的优化
导叶关闭规律对水力过渡过程中机组的最大转速上升和蜗壳最大压力上升具有较大影响。若导叶的关闭时间越短，则机组的最大转速上升值就越小，而蜗壳最大压力上升值就越大；反之，若导叶的关闭时间越长，则机组的最大转速上升值就越高，而蜗壳最大压力上升值却越小。因此，选择合适的导叶关闭规律可以协调机组甩负荷时压力和转速上升之间的关系。
导叶关闭规律有直线关闭、分段关闭等。一般分段关闭的第一段关闭速度较快，第二段关闭速度较慢。由于第一段关闭速度比直线关闭速度快，对于降低转速上升有明显作用。经计算，新寨水电站机组导叶采用直线关闭无法满足要求，最终采用两段关闭方式，第一段关闭时间为6s，第二段关闭时间为10s，分段拐点开度为0.6。
4.2大波动计算成果
新寨水电站机组最不利工况的调节保证计算成果见表4.2-1。
表4.2-1新寨水电站最不利工况调节保证计算成果
由上表可知：
（1）蜗壳最大压力控制工况是A2，2号机蜗壳最大压力为190.5m。
（2）机组最大转速控制工况是A1，1、2号机组最大转速升高为45.4%。
（3）尾水管最大真空度控制工况是A6，1号机组尾水管进口最大真空度为-1.9m。
各计算结果均在保证值范围内，满足电站设计要求。
5、结论
新寨水电站引水发电系统调节保证计算的成果说明，电站在各不利运行工况甩负荷时，压力引水系统的压力升高值、机组转速的升高值和尾水管进口断面真空度均在规范允许的保证值范围内，可以认为新寨水电站压力引水系统布置合理，机组GD2选择适当，能保证水电站安全稳定运行。
参考文献：
[1] 杨珉、龙斌、杨位.落水河水电站引水发电系统的调节保证计算分析[J].贵州水力发电，2007（04）：69-72.
[2] 魏先导.水力机组过渡过程计算[M].北京：水利电力出版社，1997.