水利学报/980301.htm

图5　水流弹性对调速器参数的影响

在假设D=0.0的条件下，从图5可得

(26)

式中下标0表示hw=0(即不考虑水流和管壁弹性影响)时的参数.当用线性方程近似上式，则f1(hw),,f2(hw)分别为常数.若取hw=0、2两点参数，则Bt=2.8、4.95，而τd=4.7、6.35.采用两点式，则f1(hw)=0.384，f2(hw)=0.176.这样，式(26)可改写为：

(27)

上述关系说明考虑水流弹性作用的调速器参数可由不考虑水流弹性作用的调速器参数乘一个系数得到.

　　综上所述，考虑Ty、水流和管壁弹性的影响时，可以将计算调速器参数的公式(18)修正为：

(28a)

(28b)

(28c)

式中：

(29)

　　相应调节质量指标计算公式(29)修正为：

　　最大偏差

(30)

　　调节时间

(31)

　　当给定频率最大偏差设计允许值[xmax]时，可用下式计算机组GD2的值：

(32)

从式可见：机组GD2的大小与负载改变量Ag、允许最大偏差GD2、机组的容量Pr、转速nr、水轮机特性Es和ex、接力器时间常数和水流惯性时间常数T、负载特性eg、以及水流和管壁弹性hw等因素有关.此外，公式(30)—(32)只有在调速器参数按公式(28)计算时才成立，所以选择还与调速器参数的选择方法有关，由于这一原因，称公式(28)—(32)为计算PID调速器参数和机组GD2的连锁公式. 　　需要说明的是，虽然连锁公式(28)—(32)是在水轮机为冲击式的假定下得到的，但它们也可应用到混流式水轮机调节系统，因为在一般情况下eqx的影响不大.

4　工程设计举例

　　高桥水电站是一个高水头电站，安装三台水斗式(冲击式)水轮机，采用三机一管供水方式，即三台水轮机由一条引水隧洞—压力钢管供水.为了降低管路中的水击压力和改善电站调速系统频率调节质量，在电站上游设置一个直筒上室溢流式调压室. 　　高桥水电站的一个显著特点是水头高，最高静水头达606.69m；引水管路长，总长超过10km，其中引水隧洞长8879.1m，压力钢管长1166m.高桥水电站另一个特点是远离电网中心，设计要求电站有独立带负荷运行的能力.对于孤立运行的电网，电站调速系统必须具有很好的调节性能，解决问题的关键在于机组转动惯量GD2的设计和调速器参数的整定. 　　在设计计算的过程中，考虑到高桥水电站调压室工作断面积比托马临界稳定断面积大10倍左右，在分析调节稳定性时可以不考虑调压室和引水隧洞的影响，把调压室视为无穷大水库，只考虑压力钢管水流惯性的影响［8］. 　　电站额定参数：水轮机流量Qr=6.2m3/s，水轮机水头Hr=554.2m，机组转速nr=600r/min，功率Pr=29320.0kW.压力钢管水流惯性时间常数Tw=1.123s，Tl=0.99s.采用具有PID调节规律的微机电液调速器，设接力器时间常数Ty=0.1s，bp=0.由公式(32)可知，在其它参数给定的条件下，负载自调节系数eg大，所需的机组GD2小；反之，eg小，所需的机组GD2大.在计算的过程中，取eg=0. 　　在设计中，当负载改变量相对值Ag=±0.1时，假定电站孤立运行频率最大偏差允许值GD2=0.05.采用电站3台机组额定工况参数确定机组转动惯量GD2，表1中喷嘴开度相对值y=1.0对应参数就是电站额定工况参数.                                                        表1　三台机并列运行频率调节特征参数