第五章 水电站调节保证计算5.1调节保证计算的目的、任务（1）调保计算目的、任务在水电站运行中，负荷与机组出力达到平衡使机组转速稳定。

但由于各种突发事故，造成机组突然与系统解列，机组甩掉部分，或者全部负荷。

在甩负荷时，由于导叶迅速的关闭，水轮机的流量急剧变化，因此在水轮机过水系统内产生水击。

调保计算就是在电站初步设计阶段计算出上述过程中的最大转速上升及最大压力上升值。

另外，调保计算的目的是使压力升高和转速升高不超过允许值，确保电站水机系统安全稳定运行。

调节保证计算一般应对两个工况进行，即计算设计水头和最大水头甩全负荷的压力上升和速率上升，并取其较大者。

一般在前者发生最大速率升高，在后者发生最大压力升高。

（2）灯泡贯流式机组过渡过程的特点灯泡水轮发电机组的调节过渡过程与常规机组相比有一些不同，一般轴流机组惯性力矩主要取决于发电机的飞轮力矩，对于灯泡机组来说，由于受灯泡比的限制，发电机直径约为立式机组的3/5，其惯性力矩仅相当于立式机组的1/10左右，因而，水轮机惯性和水体附加惯性力矩所占的比重应大大增加，而水体附加惯性力矩则随叶片安放角的增加而增加，所以对灯泡机组的过渡过程分析必须考虑其影响。

（3）调保计算标准根据/51862004DL T -《水力发电厂机电设计规范》，水轮机在机组甩负荷时的最大转速升高率max β宜小于60%；导水叶前最大压力上升率宜为70%100%～。

根据有关已建电站试验证明，采用导叶分段关闭规律，8m 尾水管的真空度不大于水柱。

（4）已知计算参数 装机容量：418.5⨯MW水头参数：max 6.8H =m ， 5.82Hav =m ， 5.3r H =m ，5.1min =H m 水轮机参数：水轮机型号：()1102730GZ WP --，68.2/min r n r =，3398.6/r Q m s =，尾水管参数：尾水管进口直径3==7.1D d (m)尾水管直锥段长度：211=2.0=2.07.3=14.6L D ⨯(m)尾水管直锥段直径：41=1.428=1.4287.3=10.42D D ⨯(m)尾水管混合过渡段长度：221=2.7=2.77.3=19.71L D ⨯(m)尾水管混合过渡段高度：1h=1.453=1.4537.3=10.61D ⨯(m) 尾水管混合过渡段宽度：1B=2.04=2.047.3=14.892D ⨯(m)机组转动部分飞轮力矩()3t m ⋅：查《灯泡贯流式水电站》155P ：2222GD GD D D G G =++水体附加发电机水轮机发电机飞轮力矩23i t KD l GD =发电机式中：K -经验系数, 查《灯泡贯流式水电站》126P ,表6-10：68.2/min r n r =，=4.7~5.1K ，取=5K 。

即： 332=57.14 1.02=1856.4i t K D D G l =⨯⨯发电机()3t m ⋅ 取： 2=850GD 水轮机()3t m ⋅02441=sin 8B GD D L πγα水体-d （）（水轮机转轮区水体） 式中：γ-水体比重； 0L -叶片弦片长；B d -轮毂直径，之前取轮毂比为0.33，即1=/0.33B D d ，故=0.337.3=2.41B d ⨯m ：αθϕ=+，θo 为桨叶角为时0的叶片安放角；ϕ为桨叶角度；即：40244041=sin =sin =1220.5887.3 2.41BGD D L L ππγαα⨯水体-d -（）（）()3t m ⋅ 故：2222=3926.9GD GD GD GD =++水体附加发电机水轮机()3t m ⋅5.2设计工况下的调节保证计算5.2.1管道特性系数1、进口到导叶段：经以前的计算111.7~2.1B D =（）；取：113.5(m)B = 流量：设计工况时流量已计算，398.7r Q =3/m s 取：1222211398.74.147.313.5/2/244rQ V D B ππ===⎡⎤⎡⎤⎛⎫⎛⎫++⎢⎥⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦/m s进口到导叶段的长度11113.820.721 3.122.63L D D D =-==(m)111122.63 4.14=93.688LV L V =⨯=⨯∑2/ms2、转轮室：2221398.79.5267.322rQ V D ππ===⎛⎫⎛⎫⨯⨯⎪⎪⎝⎭⎝⎭/m s前面已经计算出21(0.65~0.84) 5.5L D ==(m)22229.526 5.552.39L VL V =⨯=⨯=∑2/m s3、尾水管：32232398.7==4.02/27.114.89210.61/222r r Q Q V S S D B h ππ⨯==+⎡⎤⎛⎫⎛⎫+⨯⨯+⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦进出（）/m s前面已经计算出31(4.5~5.0)34.5L D ==(m)3334.5 4.02138.56L V=⨯=∑2/m s则管道特性系数：2112233284.64(/)i i LV LV L V L V m s ∑=∑+∑+∑=5.2.2水击压力升高计算由于本电站采用导叶分段关闭规律，关闭时间长，且引水管短，故：最大水击压力上10~16s T s '=升率发生在末相，为末相水击。

对于该机组，导叶接力器直线关闭时间为先设定12s T s '=。

0284.640.4565.3129.81i iS LVH T gσ==='⨯⨯∑)0.456)0.4560.57222m σξσ===max m K ξξ=查《水轮机调节》238P 得，对贯流式水轮机，取修正系数 1.4K =。

max 1.4 1.40.5720.8m ξξ==⨯= 则导叶前压力升高为：111max 93.6880.80.263284.64i iLV LVξξ==⨯=∑∑ 110.263 5.3 1.394r H H ξ∆==⨯=(m)尾水管最大压力降低为：max 138.560.80.389284.64B B b i iL V y LVξ==⨯=∑∑校核尾水管进口处的真空度，以防止水流中断：24b B s b r v H H y H g=++b b 223398.7y v ===10.077.122r b Q v D ππ为尾水管进口断面出现时的流速：这里（）（）/m s故：2210.078.730.389 5.3 4.11()449.81b B s b r v H H y H m g =++=-++⨯=-⨯ 由于真空度小于8m ，满足压力升高要求。

5.2.3转速上升计算之前已经计算出2=3926.9GD ()3t m ⋅， 1、机组惯性时间常数22203926.968.2 2.62()36536519073a r GD n T s P ⨯===⨯⨯2、调节系统迟滞时间查-g g 《贯流式水轮发电机组实用技术设计施工安装运行检修（下册）》639P ，得：11=0.2+0.05 2.620.26622C P p a T T b T =+⨯⨯=()s—2~6%5%p b 永态转差系数，一般取，在这里取。

3、水击修正系数110.456 1.456f σ=+=+=4、水轮机飞逸转速特性曲线系数11 1.806r β=-==相对转速上升：查《水轮机调节》247P ；灯泡贯流式水轮机的单位飞逸转速不仅取决于导叶开度0a ，还取决于桨叶转角ϕ；之前已计算出单位飞逸转速11365.04min p n r =。

故： 1111365.041.688216.26p e n n n ===由此： 110.2761.80611 1.68811re C n β===++--110.50260%β===≤由以上计算可知，在设计水头下甩负荷时，压力升高和转速升高均在允许范围内。

5.3最大水头甩负荷5.3.1管道特性系数1、进口到导叶段：经以前的计算111.7~2.1B D =（）；取：113.5(m)B = 在最大水头下的流量为：23max 111 3.257.3451.63()r Q Q D m s ==⨯=取：max1222211451.63 4.6877.313.5/2/244Q V D B ππ===⎡⎤⎡⎤⎛⎫⎛⎫++⎢⎥⎢⎥ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦/m s进口到导叶段的长度11113.820.721 3.122.63L D D D =-==(m)111122.63 4.687=106.07LV L V =⨯=⨯∑2/ms2、转轮室：2221451.6310.797.322rQ V D ππ===⎛⎫⎛⎫⨯⨯⎪⎪⎝⎭⎝⎭/m s前面已经计算出21(0.65~0.84) 5.5L D ==(m)222210.79 5.559.35L VL V =⨯=⨯=∑2/m s3、尾水管：32232398.7==4.57/27.114.89210.61/222r r Q Q V S S D B h ππ⨯==+⎡⎤⎛⎫⎛⎫+⨯⨯+⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦进出（）/m s前面已经计算出31(4.5~5.0)34.5L D ==(m)3334.5 4.57157.7L V=⨯=∑2/m s则管道特性系数：2112233323.12(/)i i LV LV L V L V m s ∑=∑+∑+∑=5.3.2水击压力升高计算查《水电站机电设计手册》213P ，得： 在最大水头下，010=sH s a T T a '式中：01a -最大水头下带额定负荷时的导叶开度 取：=11sH T smax 323.120.446.8119.81i iS LVH T gσ==='⨯⨯∑)0.44)0.440.54722m σξσ===max 1.4 1.40.5470.77m ξξ==⨯= 则导叶前压力升高为：111max106.070.770.253323.12i iLV LV ξξ==⨯=∑∑11max 0.253 6.8 1.72H H ξ∆==⨯=(m)尾水管最大压力降低为：max 157.70.770.376323.12B B bi iL V y LVξ==⨯=∑∑校核尾水管进口处的真空度，以防止水流中断：24b B s b r v H H y H g=++max b b 223451.63y v ===11.417.122b Q v D ππ为尾水管进口断面出现时的流速：这里（）（）/m s故：22max 11.418.730.376 6.8 2.855()449.81b B s b v H H y H m g =++=-++⨯=-⨯ 由于真空度小于8m ，满足压力升高要求。