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T/CEC 5010—2019 抽水蓄能电站水力过渡过程计算分析导则

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    本导则根据中国电力企业联合会《中电联关于印发 2017 年第 四批中国电力企业联合会标准制订计划的通知》(中电联标准 〔2017〕279 号)的要求,由中国电力企业联合会抽水蓄能委员会 组织,中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司、国网新源控 股有限公司、中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司共同编 写。导则编制组经广泛调查研究,认真总结实践经验,并在广泛 征求意见的基础上,制定本导则。 本导则的主要技术内容是:基本规定、水力过渡过程计算控 制值、水力过渡过程计算工况、计算与分析、调节保证设计值的 选取。 本导则由中国电力企业联合会抽水蓄能标准化技术委员会提 出并归口。 本导则主编单位:中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司 国网新源控股有限公司 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 本导则主要起草人:郑冬飞 佟德利 陈顺义 张蓝国 胡清娟 吴旭敏 易忠有 张昊晟 丁景焕 李高会 孙文东 汪德楼 本导则主要审查人:王德宽 汪 毅 张振有 高苏杰 张正平 王洪玉 李定林 曾广移 章 鹏 黄晓东 巩 宇 宫 奎 刘殿海 张明华 王云涛 李忠彬 石青春 宋守平 唐 健 陈大鹏 陈兆文 刘为群 戎 刚 本导则为首次发布。 本导则在执行过程中的意见或建议反馈至中国电力企业联合 会标准化管理中心(北京市白广路二条一号,100761)。许其品 郑 源 李 正 1 范 围 1.0.1 本导则规定了抽水蓄能电站水力过渡过程的计算与分析和 调节保证设计值的选取等应遵循的一般原则。 1.0.2 本导则适用于新建、改建和扩建的抽水蓄能电站。 2 术 语 2.0.1 水力过渡过程 hydraulic transient process 输水发电系统从某一稳定运行状态转换到另一稳定运行状态 随时间的变化过程。 2.0.2 调节保证设计 hydraulic transient guarantee design 结合水电站安全运行基本要求,以技术经济合理为目标,通 过水力过渡过程计算分析,确定输水发电系统水力过渡过程控制 性参数及相应的机组运行条件。 2.0.3 水力过渡过程计算控制值 calculation control values for hydraulic transient process 根据机组类型、特性参数及其在电网中的作用,结合工程布 置特点和类似工程实践,在计算之前确定的水力过渡过程计算限 制性参数。 2.0.4 水力过渡过程计算值 calculation values for hydraulic transient process 由计算得出的输水发电系统水力过渡过程参数值。 2.0.5 调节保证设计值 hydraulic transient guarantee design values 依据选定工况的水力过渡过程计算值进行修正后确定的设计 参数,并在实际运行中应满足的水力过渡过程限制性参数。 2.0.6 水力过渡过程计算工况 calculation conditions for hydraulic transient process 由输水发电系统水力过渡过程前的初始边界条件、扰动和 (或)机组运行操作方式构成,根据输水发电系统布置、上下游特 征水位、机组类型和参数、主接线形式、接入电力系统的方式等 拟定。 2.0.7 小波动 small oscillation 机组突增或突减不大于 10%额定负荷时引起的输水发电系统 水力过渡过程。 2.0.8 大波动 large oscillation 机组增减 10%以上额定负荷或突甩全部负荷及其组合时引起 的输水发电系统水力过渡过程。 2.0.9 水力干扰 hydraulic disturbance 同一输水单元中部分机组增减负荷或突甩全部负荷时引起的 输水发电系统水力过渡过程。 2.0.10 主波 major wave 带调压室抽水蓄能电站负荷扰动时,由压力管道水压力波动 所产生的衰减快的高频振荡。 2.0.11 尾波 stern wave 带调压室抽水蓄能电站负荷扰动时,由调压室水位波动所产 生的衰减慢的低频振荡。 3 基 本 规 定 3.0.1 水力过渡过程计算应遵循确保安全、经济合理的原则。 3.0.2 预可行性研究阶段,应根据初步拟定的机组参数和输水建 筑物参数等,针对大波动计算工况进行调节保证初步计算分析。 3.0.3 可行性研究阶段,应结合水力过渡过程计算,对机组参数、 输水系统布置及建筑物体形、尺寸等进行技术经济比选与优化。 根据选定的机组参数、输水建筑物参数、主接线形式及接入系统 的方式等,提出调节保证设计值及运行操作规则,并评价其水力 过渡过程条件下的安全性和运行稳定性。应采用两种不同的水力 过渡过程计算软件进行计算分析,并进行专题研究。 3.0.4 施工详图阶段,应根据确定的输水系统参数和机组特性复 核调节保证设计。 3.0.5 电站建设调试阶段,应配合真机甩负荷试验进行水力过渡 过程反演计算。 3.0.6 输水发电系统布置及参数、机组特性参数等有变化时,应 对水力过渡过程计算进行复核。 3.0.7 机组甩负荷导叶正常关闭工况,进水阀不应参与输水发电 系统水力过渡过程流量调节。 3.0.8 在取得抽水蓄能电站采用的水泵水轮机模型特性曲线前, 水力过渡过程宜采用导叶直线关闭规律进行计算。 4 水力过渡过程计算控制值 4.1 大波动水力过渡过程计算控制值 4.1.1 机组甩负荷时,蜗壳最大压力升高率水力过渡过程计算控制 值宜小于 30%,其基准值为上游正常蓄水位与机组安装高程之差。 4.1.2 机组甩负荷时,尾水管内的最小压力水力过渡过程计算控 制值应满足下列要求:在计入甩前净水头的 2%~3.5%压力脉动、 压力下降值的 5%~10%计算误差和海拔高程修正后,尾水管最小 压力不宜小于-0.08MPa。如果已取得实际水泵水轮机模型特性 曲线,可适当降低或不考虑计算误差。 4.1.3 机组甩负荷导叶正常关闭时,最大转速上升率水力过渡过 程计算控制值宜小于 45%。 4.1.4 输水发电系统水工建筑物水力过渡过程计算控制值应符合 下列要求: 1 有压输水系统全线各断面最高点处的最小压力,按海拔 高程进行修正后不应小于 0.02MPa。 2 调压室涌波水位应符合现行行业标准《水电站调压室设计 规范》NB/T 35021 的有关规定,调压室底板应留有不小于 1.0m 的安全水深。 3 气垫式调压室的安全水深不应小于 1.5m。 4.2 小波动水力过渡过程计算控制值 4.2.1 小波动过渡过程宜按无调压室和有调压室进行调节品质评 价,评价标准要求如下: 1 对无调压室的水电站,有压管道系统水流惯性时间常数 Tw 值不宜大于 4s,进入允许频率变化带宽的调节时间不宜大于 24Tw,衰减度宜大于 80%,超调量宜小于 10%,振荡次数不宜大 于 2 次。允许频率变化带宽应根据运行方式确定。 2 有调压室时,机组频率的变化过程分为主波和尾波,主波 应符合无调压室的评价标准要求,尾波进入允许频率变化带宽的 调节时间不宜大于调压室水位波动周期的一半。对有调压室水电 站,调压室涌波波动过程应快速收敛。 4.2.2 小波动过渡过程计算宜按单机孤网运行模式进行。 4.3 水力干扰过渡过程计算控制值 水力干扰过渡过程主要评价指标应包括功率摆动幅值及过载 持续时间。功率摆动时定子过电流倍数与相应的允许过载时间应 符合现行国家标准《发电电动机基本技术条件》GB/T 20834 的有 关规定。 5 水力过渡过程计算工况 5.0.1 大波动计算工况应根据抽水蓄能电站输水发电系统布置、 电气主接线方式等条件确定,参照附录 A 选取。 5.0.2 小波动计算工况参照附录 B 选取。 5.0.3 同一输水单元有多台机组时应进行水力干扰计算,水力干 扰计算工况选择参照附录 C 选取。 5.0.4 气垫式调压室水力过渡过程计算工况应符合现行行业标准 《水电站气垫式调压室设计规范》NB/T 35080 的有关规定。 计 算 与 分 析 6.1 基 本 资 料 6.1.1 水力过渡过程计算前,应准备下列基本资料: 1 工程概况,包括工程简要介绍、枢纽布置、工程规模及主 要特点、抽水蓄能电站在电力系统中的比重及作用等。 2 水位参数,包括上下水库的校核洪水位、设计洪水位、正 常蓄水位、死水位等。 3 水头参数,包括最大水头、额定水头和最小水头等。 4 输水系统资料,包括输水系统的平面布置图、沿管线纵剖 面图,以及水道的断面形式、尺寸等参数;隧洞和管道的衬砌方 式、材料及糙率;进/出水口、引水隧洞、岔管、压力钢管、渐变 段、转弯段、尾水隧洞等体形参数及局部水头损失系数;调压室 结构图、闸门井及通气孔的结构尺寸及水头损失系数等。 5 机组参数,包括机组单机容量、转动惯量、额定转速、机 组安装高程;水轮机工况额定功率、额定流量、额定效率;水 泵工况最大/最小扬程、流量、入力、效率;水泵水轮机转轮进 口直径、出口直径;水泵水轮机蜗壳和尾水管的单线图,导叶 高度等。 6 机组特性曲线,包括水泵水轮机全特性曲线、飞逸特性曲 线、模型综合特性曲线、水泵水轮机接力器行程和导叶开度的关 系曲线等。 7 电气资料,包括水电站的电气主接线方式、电网自调节能 力、发电机相关参数等。 6.2 计 算 分 析 6.2.1 水力过渡过程计算应根据工程经验,进行导叶关闭规律优 化分析。在可行性研究阶段,水轮机工况宜采用一段关闭规律。 6.2.2 应对机组飞轮力矩(GD2 )进行敏感性分析。 6.2.3 应对调压室直径、阻抗孔的尺寸和流量系数等参数进行敏 感性分析。 6.3 计 算 成 果 6.3.1 大波动过渡过程计算应包括下列内容: 1 推荐的导叶关闭规律。 2 推荐的机组转动惯量。 3 机组蜗壳进口的最大、最小内水压力。 4 尾水管进口断面的最大、最小内水压力。 5 尾水管出口断面的最大内水压力。 6 上游压力引水道沿管线的最大、最小内水压力,下游尾 水道沿管线的最大、最小内水压力、压力管道上弯段的最小内水 压力。 7 机组最大转速上升率。 8 调压室(若有)最高、最低涌波水位及底板向下、向上最 大压差。 9 上、下游闸门井最高、最低涌波水位。 10 对应控制工况的压力、转速变化曲线。 6.3.2 小波动过渡过过程计算应包括下列内容: 1 推荐的调速器参数。 2 调压室(若有)水位波动变化曲线、机组转速变化曲线, 以及转速进入电网频率波动带宽的调节时间、最大转速偏差、转 速的衰减度、转速的超调量、振荡次数等指标。 3 判断整个输水发电系统的小波动调节品质,给出结论和 建议。 6.3.3 水力干扰计算应确定被干扰机组的功率变化过程,以及功 率振荡最大、最小幅值和持续时间,并应根据现行国家标准《水 轮发电机基本技术条件》GB/T 7894 判断机组水力干扰的安全稳 定性,给出结论和建议。 7 调节保证设计值的选取 7.0.1 应根据工程特点及类似工程经验,对水力过渡过程计算值 进行修正后确定调节保证设计值。 7.0.2 机组蜗壳进口最大压力调节保证设计值,应在水力过渡过 程计算值的基础上,按甩负荷前净水头的 5%~7%压力脉动和压 力上升值的 5%~10%计算误差修正。如果已取得实际采用的水泵 水轮机模型特性曲线,可适当降低或不考虑计算误差。 7.0.3 机组尾水管进口最小压力调节保证设计值,应在水力过 渡过程计算值的基础上,按甩负荷前净水头的 2%~3.5%压力 脉动和压力下降值的 5%~10%计算误差修正,修正后不应小 于-0.08MPa。 7.0.4 机组尾水管最大压力调节保证设计值,应在水力过渡过程 计算值的基础上,按甩负荷前净水头的 1.5%~3.5%压力脉动和压 力上升值的 5%~10%计算误差修正。 7.0.5 输水发电系统建筑物调节保证设计值应符合现行行业标准 《水电站调压室设计规范》NB/T 35021 和《水电站压力钢管设计 规范》NB/T 35056 的有关规定。
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