抽水蓄能電站額定水頭的選取

(來源：微信大眾號(hào)”抽水蓄能技術(shù)交流“作者：chytsqjggs)

抽水蓄能電站的水泵水輪機(jī)既要作水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、又要作水泵運(yùn)轉(zhuǎn)，因?yàn)樗荔w系和機(jī)組自身流道引起一定的水頭丟失，使得水泵工況下水泵揚(yáng)程必然大于上下庫(kù)的靜水位差，而發(fā)電時(shí)水輪機(jī)發(fā)電水頭小于靜水位差，這樣，單轉(zhuǎn)速水泵水輪機(jī)不可能一起滿意兩種工況的最優(yōu)轉(zhuǎn)速條件。因?yàn)樗霉r無法經(jīng)過控制導(dǎo)水葉開度來調(diào)節(jié)流量和輸入功率，水泵的高效區(qū)較窄，所以總是先以水泵工況為主進(jìn)行水泵水輪機(jī)的水力設(shè)計(jì)，再用水輪機(jī)工況校核。因?yàn)樗盟啓C(jī)特性和引水體系水力丟失的原因，造成水輪機(jī)工況總是違背最優(yōu)功率區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)，即處于最優(yōu)功率區(qū)以下的運(yùn)轉(zhuǎn)水頭規(guī)模。一般來說，水泵水輪機(jī)的額外水頭選得越高，水輪機(jī)工況的高出力運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)模就越接近最優(yōu)功率區(qū)，也就越有利于機(jī)組參數(shù)的優(yōu)化和安穩(wěn)性的進(jìn)步。一般狀況下，抽水蓄能機(jī)組的發(fā)電水頭可按滿發(fā)額外容量時(shí)最小的上、下水庫(kù)水位差減去相應(yīng)的水頭丟失確認(rèn)。從電站運(yùn)轉(zhuǎn)效益來看，抽水蓄能電站以供給調(diào)峰容量效益為主。因而，額外水頭的挑選應(yīng)在經(jīng)濟(jì)合理的前提下，盡可能減少電站的受阻容量。

以某蓄能站為例，依據(jù)制造廠供給的轉(zhuǎn)輪特性曲線剖析，當(dāng)水輪機(jī)的額外水頭為624m時(shí)，最小水頭出力為293MW，為機(jī)組額外出力的95.87%;額外水頭為632m時(shí)，最小水頭出力為288.8MW，為機(jī)組額外出力的94.36%;額外水頭為640m時(shí)，最小水頭出力為281.6MW，為機(jī)組額外出力的92%.跟著額外水頭由624m進(jìn)步到632m和640m，水輪機(jī)額外水頭功率分別進(jìn)步了0.6%，1%，最小水頭功率進(jìn)步了0.6%和0.9%。由此能夠看出，挑選更高的額外水頭，各個(gè)水頭下的最優(yōu)功率點(diǎn)向小出力方向偏移，也便是機(jī)組宣布部分出力時(shí)功率相對(duì)有所進(jìn)步。另一方面，機(jī)組安穩(wěn)性問題的發(fā)生，大多數(shù)狀況由機(jī)組過流部件水流壓力脈動(dòng)而引起，這是水力機(jī)械發(fā)生振蕩的重要原因之一。在模型曲線能夠看出，越是違背最優(yōu)設(shè)計(jì)工況，機(jī)組壓力脈動(dòng)幅值越大。當(dāng)機(jī)組的額外水頭進(jìn)步時(shí)，機(jī)組在額外點(diǎn)宣布額外出力時(shí)導(dǎo)葉開度相對(duì)較小，轉(zhuǎn)輪出口水流散布均勻，在最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速時(shí)水流為法向出口，壓力脈動(dòng)最小。但假如水泵水輪機(jī)實(shí)際的運(yùn)轉(zhuǎn)水頭比最優(yōu)工況水頭偏低，水輪機(jī)的單位轉(zhuǎn)速比最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速大，此刻轉(zhuǎn)輪出口有正的速度矩，發(fā)生尾水渦帶。當(dāng)水輪機(jī)在低水頭工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，導(dǎo)葉開度進(jìn)一步減小，尾水管的壓力脈動(dòng)加大。進(jìn)步水輪機(jī)的額外水頭后，水輪機(jī)作業(yè)點(diǎn)向最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速方向偏移，這能夠下降水輪機(jī)在最小水頭運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)尾水管振蕩大的危險(xiǎn)性。所以從機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)安穩(wěn)性看，在一定規(guī)模內(nèi)進(jìn)步額外水頭對(duì)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)安穩(wěn)性有優(yōu)點(diǎn)。

合理地挑選水泵水輪機(jī)水輪機(jī)工況額外水頭，應(yīng)依據(jù)電站的水頭特性，以加權(quán)均勻水頭為根底，從確保機(jī)組安穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)身，擬定不同計(jì)劃，剖析計(jì)算電站料想出力下降對(duì)電力體系的影響及機(jī)組參數(shù)的改變對(duì)電站出資的影響，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確認(rèn)。因而，水泵水輪機(jī)水輪機(jī)工況額外水頭的挑選，是一項(xiàng)涉及到多個(gè)方面的歸納性作業(yè)，一般來講，需要考慮以下幾方面的內(nèi)容：電站的運(yùn)轉(zhuǎn)方法、在體系中的作用和電力體系對(duì)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)性能的要求;在電站正常運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)模內(nèi)，水泵水輪機(jī)要有較高的歸納功率;水泵水輪機(jī)的水力設(shè)計(jì)合理，水輪機(jī)工況和水泵工況參數(shù)能合理匹配;水輪機(jī)工況在低水頭和部分負(fù)荷條件下應(yīng)能夠安穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，并能安穩(wěn)地并入電網(wǎng);在一個(gè)作業(yè)周期內(nèi)，發(fā)電工況和抽水工況基本上到達(dá)水量平衡。

從收集到的其他國(guó)家電站資料來看，額外水頭一般多在算術(shù)均勻水頭鄰近。國(guó)內(nèi)外抽水蓄能電站最高水頭與額外水頭的比值一般小于等于1.1。依據(jù)對(duì)國(guó)外102座抽水蓄能電站的計(jì)算，有66座抽水蓄能電站的額外水頭高于管用均勻水頭，17座抽水蓄能電站額外水頭與管用均勻水頭相同，19座抽水蓄能電站額外水頭低于管用均勻水頭。而低于管用均勻水頭的抽水蓄能電站都是水頭變幅較小的。從機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)安穩(wěn)性考慮，對(duì)于水頭變幅較大的抽水蓄能電站，額外水頭不宜小于算術(shù)均勻水頭;對(duì)于水頭變幅較小的抽水蓄能電站，額外水頭可略低于加權(quán)均勻水頭和算術(shù)均勻水頭。從機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)功率視點(diǎn)考慮，額外水頭越高，加權(quán)均勻功率越高。從經(jīng)濟(jì)性剖析，跟著額外水頭的舉高，首要水機(jī)設(shè)備出資減少。

綜上所述，從電站機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)安穩(wěn)性、容量效益、經(jīng)濟(jì)性等方面歸納剖析，確認(rèn)抽水蓄能電站額外水頭。