水电站引水系统动态特性参数原型试验方法

摘要

本发明提供一种水电站引水系统动态特性参数原型试验方法，该方法包括：对调速器PID参数进行测试；进行单机及全站甩负荷试验；进行小波段负荷调整试验；进行大波段负荷调整试验。本发明可以直观的分析全站负荷波动变化或甩负荷后，对电站引水发电系统安全的影响；为水电站引水发电系统的理论设计提供了科学的验证方法，为电厂安全稳定运行提供了可靠的技术保障，为引水发电系统调整时间的优化提供了重要的技术依据；为进一步研究电站的引水发电系统原型提供直接的技术依据，为电力系统稳定计算提供重要的原始数据。

说明书

技术领域

本发明涉及水电站领域，尤其是涉及一种水电站引水系统动态特性参数原型试 验方法。

背景技术

随着我国水电事业的发展，大、中型水力发电机组增长迅速，很多水力发电站 处于电网远端即边缘位置，系统稳定性差，频率波动频繁，电站运行时频繁进行小 波动负荷调整，同时与电网的衔接点薄弱，一旦线路出现异常，将导致全站甩负荷 或大波动负荷调整，电站的引水发电系统能否在小波动负荷调整时迅速稳定或能否 承受大波动负荷变化时的水压上升，这是各水电企业迫切需要进行测试验证的重要 问题。

目前引水发电系统原型的重要技术数据如转速上升值、压力上升值、接力器关 闭时间等皆为设计院提供的理论计算值，电站在实际甩负荷或大、小波动负荷调整 中引水发电系统的技术数据常常与理论计算值相悖，如栗子坪水电站、华能龙安水 电站和大唐铜陵水电站等。为此大量的发电企业要求对其电站的引水发电系统技术 数据进行测试和验证，如果与理论数据相出入，则找出原因并进行整改。随着研究 课题的深入，我们提出了针对水电站引水发电系统原型的试验方法

此方法属于国内首创，至今还无任何单位及个人提出其试验方法。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种水电站引水系统动态 特性参数原型试验方法，为发电企业提供了一个测试和验证其水电站引水发电系统 原型技术数据的试验方法，为设计单位修正电站的引水发电系统设计参数提供的技 术依据，也为电力系统稳定计算提供重要的原始数据。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种水电站引水系统动态特性参数原型试验方法，其特征在于，该方法包括： 对调速器PID参数进行测试；进行单机及全站甩负荷试验；进行小波段负荷调整试 验；进行大波段负荷调整试验。

作为进一步的技术方案，对调速器PID参数进行测试需满足条件：(1)机组静 止，蜗壳未充水或蝶阀全关，已做好安全隔离措施；(2)调速系统已按照水轮机调 速器与油压装置试验验收规程进行了试验和调整，高压油系统正常，机械锁定解除， 调速器具备运行条件。

作为进一步的技术方案，进行单机及全站甩负荷试验包括：单机甩负荷试验和 至少两台机组组合甩负荷试验。

作为进一步的技术方案，单机甩负荷试验包括：(1)在机组静态试验时，对机 组的分段关闭装置，事故停机装置进行检查和测试；(2)各机组分别做单机甩50％、 75％、100％额定负荷的试验。

作为进一步的技术方案，至少两台机组组合甩负荷试验包括：组合的各机组各 带25％额定负荷、各带50％额定负荷、各带75％额定负荷甩一次。

作为进一步的技术方案，若进行两台机组组合甩负荷试验，则还包括步骤：单 机带满负荷，另外一台机带50％额定负荷或75％额定负荷甩一次。

作为进一步的技术方案，进行小波段负荷调整试验包括：

(1)一台机组并网态带50％额度负荷，其余机组停机，调速器切现地，依次在 指定时间内手动将负荷调整至60％额定负荷、70％额定负荷、60％额定负荷、50％额 定负荷，并分别记录每次水压波动稳定时间和各测点变化；

(2)一台机组并网态，其余机组停机，功率闭环投入，调速器切远方，依次在 指定时间内手动将负荷调整至60％额定负荷、70％额定负荷、60％额定负荷、50％额 定负荷，并分别记录每次水压波动稳定时间和各测点变化；

(3)一台机组带额定负荷运行，另一台机组并网态带50％额度负荷，其余机组 停机，调速器切现地，依次在指定时间内手动将负荷调整至60％额定负荷、70％额 定负荷、60％额定负荷、50％额定负荷，并分别记录每次水压波动稳定时间和各测点 变化；

(4)一台机组带额定负荷运行，另一台机组并网态，其余机组停机，功率闭环 投入，调速器切远方，依次在指定时间内手动将负荷调整至60％额定负荷、70％额 定负荷、60％额定负荷、50％额定负荷，并分别记录每次水压波动稳定时间和各测点 变化。

作为进一步的技术方案，进行大波段负荷调整试验包括：

(1)两台机组在并网态，功率闭环投入，将负荷调整至目标值，再减至并网态， 记录其调整时间和水压稳定时间，以及各测点波形变化；

(2)一台机组带指定负荷无变化，另一台机组将负荷调整至目标值，再减至并 网态，记录其调整时间、水压波动稳定时间以及各测点波形变化；

(3)一台机组负荷带目标值，另一台机组在并网态，两台机组进行负荷转移， 记录其调整时间、水压波动稳定时间，以及各测点波形变化；

(4)两台机组都为并网态，同时增加负荷至目标值再减至并网态，记录其调整 时间、水压波动时间，以及各测点波形变化；

(5)两台机组均为并网态，间隔一定时间增加负荷至目标值再减至并网态，记 录其调整时间、水压波动时间，以及各测点波形变化；

(6)根据调压井水位振幅和稳定时间的变化，修改调整时间，重复以上试验， 以选取一组最优的负荷调整时间。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、该方法可以直观的分析全站负荷波动变化或甩负荷后，对电站引水发电系统 安全的影响；

2、该方法为水电站引水发电系统的理论设计提供了科学的验证方法，为电厂安 全稳定运行提供了可靠的技术保障，为引水发电系统调整时间的优化提供了重要的 技术依据；

3、该方法为进一步研究电站的引水发电系统原型提供直接的技术依据，为电力 系统稳定计算提供重要的原始数据。

具体实施方式

下面以具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

本发明方法的试验原理：a、在全站负荷波动或甩负荷的情况下，对水轮发电机 组转速上升、蜗壳压力上升及钢管压力上升进行测试，验证调保计算参数是否满足 设计要求。b、对电站调整负荷过程中(此时负荷会出现或大或小的波动)水压稳定 时间进行测试，验证调压井设计符合要求。c、在试验成果的基础上，开展功率调节 模式及开度调节模式下增减负荷过渡过程的稳定性与调节品质分析，并以此作为指 导电厂以后安全运行的依据，并为电网的稳定计算提供引水发电系统原型的直接数 据。

具体试验步骤如下：

1.调速器PID参数测试及相关性能试验

机组静止，蜗壳未充水或蝶阀全关，已做好安全隔离措施；调速系统已按照水 轮机调速器与油压装置试验验收规程进行了试验和调整，高压油系统正常，机械锁 定解除，调速器具备运行条件。对调速器PID参数进行测试。

2.单机及全站甩负荷试验

1)单机甩负荷试验：

为确保机组调速器及导水机构动作可靠，在机组静态试验时，对机组的分段关 闭装置，事故停机装置进行检查和测试。从电站安全角度出发，各机组分别做单机 甩50％、75％、100％额定负荷的试验。

2)双机(或几台机)组合甩负荷试验

单台机组甩负荷结束后，确认各机组甩负荷动作准确且不存在安全隐患(如振 动、摆度幅值过大)，根据现场情况分别让双机(或几台机)各带25％额定负荷、 各带50％额定负荷、各带75％额定负荷甩一次，如果出现压力超标情况，需商讨试 验是否结束。如有条件可以让单机带满负荷，另外一台机带50％额定负荷或75％额 定负荷甩一次，并记录其动态特性直至达到空载稳定运行，分析各参数的动态过程 及其相互关系。试验中各小项也须在前一小项试验完成并对资料进行总结分析、在 各方意见一致的条件下方可进行。同时在机组安全稳定运行的必要条件下可以增加 不同负荷组合下的甩负荷密度。

3.小波段负荷调整试验

①一台机组并网态带50％额度负荷，其余机组停机。调速器切现地，由电厂人 员在指定时间内，手动将负荷调整至60％额定负荷。等待调压井水位波动稳定(波 动值在允许范围内)，记录水压波动稳定时间并记录各测点变化。然后将负荷增至 70％额定负荷，记录水压波动稳定时间并记录各测点变化。待调压井水位稳定后，由 电厂人员在指定时间内，手动将负荷调整至60％额定负荷，记录水压波动稳定时间 并记录各测点变化。然后将负荷增至50％额定负荷，记录水压波动稳定时间并记录 各测点变化。

②一台机组并网态，其余机组停机，功率闭环投入，调速器切远方，由电厂人 员远方操作，重复①项试验。

一台机组带额定负荷运行，另一台机组进行小波动负荷调整，重复①、②项试 验。

多台机组以此类推。

4.大波段负荷调整试验

两台机组(或几台机组)在并网态，功率闭环投入，由电厂人员将负荷调整至 目标值，再减至并网态，记录其调整时间和水压稳定时间，以及各测点波形变化。 一台机组带指定负荷无变化，另一台机组将负荷调整至目标值，再减至并网态，记 录其调整时间、水压波动稳定时间以及各测点波形变化。一台机组负荷带目标值， 另一台机组在并网态，两台机组(或几台机组)进行负荷转移，记录其调整时间、 水压波动稳定时间，以及各测点波形变化。两台机组(或几台机组)都为并网态， 同时增加负荷至目标值再减至并网态，记录其调整时间、水压波动时间，以及各测 点波形变化。两台机组(或几台机组)均为并网态，间隔一定时间增加负荷至目标 值再减至并网态。根据调压井水位振幅和稳定时间的变化，修改调整时间，重复以 上试验，以选取一组最优的负荷调整时间。

具体试验时，利用压力变送器、水位压差变送器、加速度或位移传感器、有功 功率变送器、TG2000H测试仪和计算机，使用SQL数据库记录下每次负荷波动或甩 负荷试验时引水钢管压力值、振动值、蜗壳压力值以及当前实时有功功率、导叶开 度和调压井水位等实时数据，通过Matlab仿真软件分析计算出引水发电系统最优调 整时间，并根据引水发电系统的压力变化和机组稳定性的变化，修改接力器的关闭 时间。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是， 凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。