乌兹别克斯坦某水电站以调压阀代替调压井的研究

孙剑峰，李亚鸽，周同旭，安亚臣，卢三春

（1.东方电气集团国际合作公司，四川 成都611731，2.天津电气科学研究院有限公司，天津300180）

1 概述

为保证电站运行安全，对长有压引水系统的水电站，通常采用调压阀或者调压井解决水压上升和机组速率上升的问题。但是设置调压井面临破坏植被、不利于环保、土建工程量大、资金投入大的问题；由于地形、地质条件的限制，某些电站建造调压井非常困难；对于部分旧电站，原调压井根本无法扩建以适应电站增容改造之需求等。

乌兹别克斯坦卡姆奇克（Kamchik）小型水电站位于乌兹别克斯坦共和国纳曼干州阿汉加兰河上，为引水式发电站。该电站是东方电气积极落实国家“一带一路”倡议，以绿色动力驱动中国和世界经济发展的典型案例。电站额定水头93 m，Tw值为13.14 s，引水系统长度共3 735 m，其中压力钢管3 576 m，由取水口、引水管路、发电厂房、尾水、开关站等组成，共安装2台立式10.5 MW的立式水轮发电机组（大机）和2台2.75 MW卧式水轮发电机组（小机），详细机组参数如表1所示。由于当地土质疏松，不适合设置调压井，东方电气采用天津电气科学研究院有限公司生产的2台DN700和2台DN400的弯管式调压阀代替调压井。

2 调压阀的选型计算

表1 机组参数

根据电站设计要求，按照蜗壳允许最大压力升高率ξ≤30%，机组最大转速上升率β≤50%的要求，对调压阀进行选型计算。

2.1 机组快关机时间TS

大机组快关机时间TS计算：

式中：c—水锤压力影响系数；

NT—水轮机出力；

GD2—机组转动惯量；

n0—机组额定转速；

nr—水轮机飞逸转速。

由以上计算公式，求得KTS=6.92，通过查计算水锤曲线（图 1所示），取K=0.86，因此，得出TS=8.05 s；根据以上计算方法，得出小机组快关机时间TS=3.87 s。

图1 计算水锤用的曲线

2.2 机组慢关机时间TSS

管道特性系数hw：

当hw＞1.5时，为末相水锤。按照斯巴尔（Sparre）公式：

根据机组快关时间TS、慢关时间TSS和带有调压阀系统的仿真计算结果的综合分析，选用调压阀型号为TFL700/235，调压阀直径D=700 mm，最大行程S=235 mm，小机组调压阀直径D=400 mm，最大行程S=200 mm，调压阀的布置如图2和图3所示。

3 电站的过渡过程计算

根据天津电气科学研究院和中国水利水电科学研究院共同开发的《水轮机调节系统过渡过程计算分析软件》，对乌兹别克斯坦卡姆奇克水电站单台机组进行了甩100%负荷、开机启动以及系统参数优化的仿真计算：

图2 大机组调压阀布置图

图3 小机组调压阀布置图

（1）大机组单台甩100%负荷，导叶关闭时间为7 s，调压阀打开时间为7 s时，压力上升18.8%，发电机转速上升48.6%，机组进入小波动后，系统稳定，如图4所示。

图4 大机甩100%负荷

（2）机组启动时，达到额定转速所用时间53 s，压力上升14.5%，压力下降19%，发电机转速上升3.0%，如图5所示。

图5 大机开机启动

（3）小机组单台甩100%负荷，导叶关闭时间为4 s，调压阀打开时间为4 s时，压力上升5.0%，发电机转速上升44.5%，机组进入小波动后，系统稳定，如图6所示。

图6 小机甩100%负荷

（4）小机组启动时，达到额定转速所用时间23 s，压力上升3.6%，压力下降4.5%，发电机转速上升2.0%，如图7所示。

图7 小机开机启动

通过过渡过程仿真计算，机组转速上升、水压上升、稳态转速摆动值及调节时间均满足GB/T9652和IEC60308《水轮机调速系统试验国际规程》中的有关规定要求。

天津电气科学研究院有限公司研制的调压阀及其液压连锁控制系统，其调速器控制调压阀采用特殊主配压阀控制，在机组甩负荷过程中，调速器控制关闭水轮机导叶与调速器控制调压阀开启，具有机械液压协联及闭锁功能，即调速器通过高油压特殊主配压阀控制，导叶关闭与调压阀开启成液压协联同步控制。当调压阀拒动时，调速器特殊主配压阀控制系统应由快关转为慢关，以保证引水管道的水压上升不超过钢管要求规定值。

4 结语

采用以调压阀代替调压井技术，解决了乌兹别克斯坦卡姆奇克水电站因地质环境等因素不利于建造调压井的困难，同时节省了土建工程量和建设投资，在施工安全上和在生态安全性上具有明显的优势。

通过对调压阀的选型计算和带有调压阀系统的过渡过程计算的综合对比分析，完全可以使用调压阀来代替调压井对水轮机机组进行调节，机组转速上升、水压上升、稳态转速摆动值及调节时间均满足要求。