黄河沙坡头水电站调速器选型及招标设计张维聚张云鹤摘要黄河沙坡头水利枢纽河床电站装机4台灯泡贯流机组,北干渠渠首电站装机1台灯泡贯流机组,由于灯泡贯流机组的特殊性,需要调速系统具有较高和较好的调节品性,主要介绍本电站调速器选型及招标设计的一些特点。关键词灯泡贯流机组调速器选型招标沙坡头水电站中图分类号TV73414文献标识码A文章编号100726980(2005)01200172042电站及调速器基本参数211电站和机组参数河床电站和机组参数见表1,北干电站和机组参数见表2。1概述灯泡贯流机组具有许多不同于常规机组的特点,其机组调速设备选择有以下特点。111水流惯性时间常数、机组惯性时间常数的特点贯流机组由于尺寸小、重量轻,因此机组的转动惯量GD2较小,通常只有同容量常规机组的15%～30%,因此机组的惯性时间常数Ta较小。另外,由于灯泡贯流机组的应用水头较低,因此机组的水流惯性时间常数Tw又较大,故贯流机组普遍出现Ta/Tw值小于1,即出现倒置现象。另外,由于贯流机组运行水头及出力变化范围较大,因此它的Ta、Tw的变化范围也较大。112∑LV的分布特点贯流式机组转轮出口动能一般占额定水头的60%以上,为回收这部分动能,尾水管一般较进水段长,且平均流速较进水段高,∑LV尾>∑LV进,即∑LV进/∑LV尾<110,出现∑LV倒置现象。据统计资料,出口段的∑LV尾值占全流道的∑LV值的60%～75%。113Hs负值大贯流式机组电站为低水头径流式电站,厂房一般为河床式,下游尾水位随汛期、枯水期变化大,运行水头变幅大,为满足机组的安全稳定运行,安装高程———按空化或尾水管出口的淹没深度确定,装得较低,故在整个运行范围内,Hs负值大。114机组结构上的特点贯流式机组的导叶为空间斜向布置的锥形导叶,导叶呈空间扭曲状,由于形状复杂,作用在导叶上的水力矩计算复杂,在同一角度下,沿导叶轴线的导叶实际开度是不同的。导水机构力的传递较复杂,整个传动系统的运动为空间运动。表1河床电站和机组参数上水库水位正常蓄水位/m死水位/m校核洪水位/m正常尾水位/m最低尾水位/m124015012361501236180123114512291108171151937314618575294400000折线关闭下游水位设计水头/m最大水头/m最小水头/m水轮机设计流量/(m3·s-1)水轮机转轮直径D1/m水轮机额定转速nr/rpm水轮机额定出力Pr/MW发电机转动惯量GD2/(kg·m2)导叶关闭规律表2北干电站和机组参数正常蓄水位/m死水位/m校核洪水位/m最高尾水位/m最低尾水位/m124015012361501240180123311612321087128107619950310150311上水库水位下游水位设计水头/m最大水头/m最小水头/m水轮机设计流量/(m3·s-1)水轮机转轮直径D1/m水轮机额定转速nr/rpm水轮机额定出力Pr/MW最低,作用在导叶或桨叶上的反向力矩最大时(力矩由水轮机制造商提供),能按调节保证确定的时间操作导叶接力器和桨叶接力器全行程开启或全行程关闭。全行程定义为:接力器移动0～100%最大开度,在开启方向没有过行程,在关闭行程终止时应有1%～2%的压紧行程。河床电站总装机容量为116MW,单机容量为29MW,需配备4台调速器。北干渠渠首电站装机1台,容量为311MW,需配备1台调速器。调节关闭时间,分两段关闭:第一段关闭时间为T1=712s;第二段关闭时间为T2=17s。调节保证要求:速率升高,βmax不超过60%;导叶前最大压力升高,Hmax不超过22m。212调速器基本参数要求(1)调速器型号:数字式并联PID(或IPID)电液型。在PI或PID调速器中引入滞后校正环节,可以增大低频段增益,改善系统稳定性,提高系统稳定精度,但系统截止频率Wc仍无法提高,系统响应精度很慢,在负荷扰动时,将出现较大的转速动态误差,要进一步解决这个问题可采用水压反馈,所以本电站调速器要求采用IPID电液型。(2)导叶接力器时间参数:关闭全行程为5～25s,可调;开启全行程为5～25s,可调;导叶应可以分段用两种速度关闭,以限制甩负荷时转速和压力上升值。(3)桨叶关闭时间为10～60s,可调。(4)频率给定fr调整范围为45～55Hz。(5)当机组在额定输出功率运行,且为额定转速时,永态转差系数bp应能在0～10%范围内调整,级差1%。(6)PID增益的可调范围应不低于:比例增益Kp,空载工况为015～510;电网运行工况为510～5010;积分增益KI,空载工况为0105～110l/s;电网运行工况为012～10l/s;微分增益KD,空...