灯泡贯流式水电站水力过渡过程分析

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贯流式电站的水头低、流量大,在水电机组甩负荷过程中流量会大幅变化,将会引起电站的上、下游水位的较大变化,此时只有结合下游河道非恒定流,将水力、机械两种过渡过程结合起来进行分析,才能真实地反应贯流式电站的水力过渡过程。  本文首先推导了引水管道与明渠瞬变流的运动方程和连续方程,采用特征线法对该方程进行求解。根据流量连续方程、伯努利方程和特征线方程对明流与管流的边界进行数学建模,采用牛顿-拉普生法对方程进行求解。  其次在simulink中搭建灯泡贯流式电站模型,该模型中的引水管道采用刚性水击模型,调速器选用并联PID调节器型调速器,采用线性模型来描述水轮机特性。之后对灯泡贯流式电站的小波动过渡过程进行仿真分析。  最后联立引水管道、水轮机、尾水管、明渠和下游河道的数学模型,针对实例电站,对电站尾水位恒定与变化、导叶直线关闭和两段关闭、不同的明渠渠宽和明渠长度,共计4种模型分别进行电站的甩负荷过渡过程计算。  计算结果表明结合下游河道非恒定流动后,机组的转速最大上升率和导叶出口处最大水压力较尾水位恒定时大,尾水管进口处最小水压力较尾水位恒定时要小。明渠的渠宽和渠长也对贯流式电站的甩负荷过渡过程产生影响,明渠的渠宽和渠长值越小,电站甩负荷过渡过程中各个参数波动越大,达到稳定需要的时间也越长。选用不同的导叶关闭规律,对计算结果影响很大。导叶两段折线关闭相对一段直线关闭,可以有效降低电站甩负荷时水轮机转速的最大上升值,但会减小尾水管进口处最小水压力值,增大导叶进口处的最大水压值。计算结果与电站的实际情况相符。
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