抽水蓄能電站額定水頭的選取

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

抽水蓄能電站的水泵水輪機既要作水輪機運轉(zhuǎn)、又要作水泵運轉(zhuǎn)，因為水道體系和機組自身流道引起一定的水頭丟失，使得水泵工況下水泵揚程必然大于上下庫的靜水位差，而發(fā)電時水輪機發(fā)電水頭小于靜水位差，這樣，單轉(zhuǎn)速水泵水輪機不可能一起滿意兩種工況的最優(yōu)轉(zhuǎn)速條件。因為水泵工況無法經(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行水泵水輪機的水力設(shè)計，再用水輪機工況校核。因為水泵水輪機特性和引水體系水力丟失的原因，造成水輪機工況總是違背最優(yōu)功率區(qū)運轉(zhuǎn)，即處于最優(yōu)功率區(qū)以下的運轉(zhuǎn)水頭規(guī)模。一般來說，水泵水輪機的額外水頭選得越高，水輪機工況的高出力運轉(zhuǎn)規(guī)模就越接近最優(yōu)功率區(qū)，也就越有利于機組參數(shù)的優(yōu)化和安穩(wěn)性的進步。一般狀況下，抽水蓄能機組的發(fā)電水頭可按滿發(fā)額外容量時最小的上、下水庫水位差減去相應(yīng)的水頭丟失確認。從電站運轉(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)水輪機的額外水頭為624m時，最小水頭出力為293MW，為機組額外出力的95.87%;額外水頭為632m時，最小水頭出力為288.8MW，為機組額外出力的94.36%;額外水頭為640m時，最小水頭出力為281.6MW，為機組額外出力的92%.跟著額外水頭由624m進步到632m和640m，水輪機額外水頭功率分別進步了0.6%，1%，最小水頭功率進步了0.6%和0.9%。由此能夠看出，挑選更高的額外水頭，各個水頭下的最優(yōu)功率點向小出力方向偏移，也便是機組宣布部分出力時功率相對有所進步。另一方面，機組安穩(wěn)性問題的發(fā)生，大多數(shù)狀況由機組過流部件水流壓力脈動而引起，這是水力機械發(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)計工況，機組壓力脈動幅值越大。當(dāng)機組的額外水頭進步時，機組在額外點宣布額外出力時導(dǎo)葉開度相對較小，轉(zhuǎn)輪出口水流散布均勻，在最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速時水流為法向出口，壓力脈動最小。但假如水泵水輪機實際的運轉(zhuǎn)水頭比最優(yōu)工況水頭偏低，水輪機的單位轉(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)水輪機在低水頭工況運轉(zhuǎn)時，導(dǎo)葉開度進一步減小，尾水管的壓力脈動加大。進步水輪機的額外水頭后，水輪機作業(yè)點向最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速方向偏移，這能夠下降水輪機在最小水頭運轉(zhuǎn)時尾水管振蕩大的危險性。所以從機組運轉(zhuǎn)安穩(wěn)性看，在一定規(guī)模內(nèi)進步額外水頭對機組運轉(zhuǎn)安穩(wěn)性有優(yōu)點。

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

從收集到的其他國家電站資料來看，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)對國外102座抽水蓄能電站的計算，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。從機組運轉(zhuǎn)安穩(wěn)性考慮，對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。從機組運轉(zhuǎn)功率視點考慮，額外水頭越高，加權(quán)均勻功率越高。從經(jīng)濟性剖析，跟著額外水頭的舉高，首要水機設(shè)備出資減少。

綜上所述，從電站機組運轉(zhuǎn)安穩(wěn)性、容量效益、經(jīng)濟性等方面歸納剖析，確認抽水蓄能電站額外水頭。