水泵水輪機(jī)“S”形特性區(qū)研究進(jìn)展
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- 水泵水輪機(jī)S特性發(fā)展1“S”特性對機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性的影響主要有三個(gè)方面[1]：
⑴對發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行產(chǎn)生影響。當(dāng)水頭較低、調(diào)速器不參與自動(dòng)調(diào)節(jié)、機(jī)組處于空載開度時(shí)，在“S”形區(qū)域內(nèi)，機(jī)組將在水輪機(jī)工況、制動(dòng)工況、甚至反水泵工況之間來回轉(zhuǎn)換，表現(xiàn)為機(jī)組轉(zhuǎn)速的來回?cái)[動(dòng)，水頭越低，出現(xiàn)擺動(dòng)的轉(zhuǎn)速越小，擺動(dòng)的振幅越大，進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)的范圍越大；當(dāng)調(diào)速器參與自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，由于機(jī)組水力慣性影響，調(diào)速器與“S”特性相互影響，導(dǎo)葉來回調(diào)節(jié)，機(jī)組并網(wǎng)困難或甩負(fù)荷后不能達(dá)到空載穩(wěn)定以至跳機(jī)。
⑵對帶負(fù)荷產(chǎn)生影響。當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)后或調(diào)相轉(zhuǎn)發(fā)電以及發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相時(shí)的導(dǎo)葉開啟/關(guān)閉過程中，如果工況點(diǎn)經(jīng)過“S”特性區(qū)域附近，為了維持機(jī)組與電網(wǎng)同步，機(jī)組轉(zhuǎn)速不變，機(jī)組將從系統(tǒng)吸收較大的功率，如果吸收功率超過整定值，將導(dǎo)致機(jī)組逆功率保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)。
⑶對機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)水錘壓力、機(jī)組轉(zhuǎn)速上升率產(chǎn)生影響。由于“S”特性影響對壓力鋼管中的水流將造成類似導(dǎo)葉快速關(guān)閉的效果，將導(dǎo)致進(jìn)入機(jī)組的流量快速減少，從而形成壓力鋼管的第二個(gè)水錘壓力峰值。
2 水泵水輪機(jī)“S”特性研究進(jìn)展
周嘉元[2]等從物理上分析了“S”形特性產(chǎn)生的原因，從理論上分析了其影響,結(jié)合實(shí)際,剖析了“S”形特性對抽水蓄能電站日常運(yùn)行的影響, 并介紹了常用的解決方法。認(rèn)為當(dāng)水流如圖1進(jìn)入水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的時(shí)候，動(dòng)轉(zhuǎn)輪以W速度旋轉(zhuǎn),
水流也被轉(zhuǎn)輪夾著一起旋轉(zhuǎn)。以一個(gè)單位水流質(zhì)點(diǎn)分析，該指點(diǎn)的矢量速度可以分解為WZ、WY分量:其中WY質(zhì)點(diǎn)順轉(zhuǎn)輪向下流動(dòng)進(jìn)入尾水管的速度分量、WZ是該指點(diǎn)貼著轉(zhuǎn)輪葉片旋轉(zhuǎn)的圓周速度分量。而在做圓周運(yùn)動(dòng)的時(shí)候,該水流質(zhì)點(diǎn)必須受到足夠大的向心力的作用。當(dāng)該質(zhì)點(diǎn)受到的向心力不足以支持這樣的圓周運(yùn)動(dòng)的時(shí)候, 該質(zhì)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的半徑就會(huì)變大,從實(shí)際來說，該質(zhì)點(diǎn)就會(huì)順著轉(zhuǎn)輪上游側(cè)的外沿被甩出去。這就是為什么低比轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)速的水泵水輪機(jī)容易進(jìn)入水輪機(jī)制動(dòng)工況乃至反水泵工況運(yùn)行的原因。
程云山[3]提出了水泵水輪機(jī)“S”特性區(qū)的危害性并且提出幾種解決對策：預(yù)開啟部分導(dǎo)葉法、導(dǎo)葉異步控制法和數(shù)字式單元式接力器。它們都是將原先的“S”型曲線在空載開度時(shí)拉直了一些,使水泵水輪機(jī)在水輪機(jī)空載工況時(shí)不易“滑入”不穩(wěn)定區(qū),所以可以避開“S”特性區(qū)。其中,單元式接力器在水泵水輪機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)一步完善并正在拓寬。...
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