摘 要：本文介绍了涔天河水电站大波动水力过渡过程电算的工况选择及计算成果，分析并确定水力过渡过程计算控制值和设计值。工况选择时涵盖全水头范围运行，并需要与实际运行工况相近，了解典型工况规律，以便利用典型工况快速进行洞径比选、机组飞轮力矩敏感性分析及导叶关闭规律优化等。
关键词：涔天河水电站；水力过渡过程计算；工况选择；大波动；分段关闭
1 前言
涔天河水电站位于湖南省永州市江华瑶族自治县境内的湘江支流潇水上游峡谷出口处，系潇水流域开发的第一个梯级，下距江华县城12km。涔天河水库是一座以灌溉、防洪、下游补水和发电为主，兼顾航运等综合利用效益的大型水利水电工程。电站装机4台50MW立式混流式水轮发电机组和1台9MW卧式混流式水轮发电机组，总装机容量209MW，为引水式电站、地面厂房，在系统中承担调枯、调峰、调频和事故备用等任务。
电站压力引水系统为5机一管的引水方式，引水总管管径φ9.5m，长约478.7m，不设调压井。每台大机组支管管径φ4.1m，小机组支管管径φ1.8m，每台机组金属蜗壳上游侧装有进水蝶阀。
电站采用220kV一级电压接入系统，一回出线接至220kV江华变电站，线路的长度约为7km。发电机电压侧采用两组扩大单元接线，设置两台升压变压器，每段母线连接两台发电机组和一台变压器，两台变压器容量均为120MVA；220kV电压侧采用单母线接线。当四台机组同时运行时，高压侧母线故障或者线路故障均有可能导致四台机组同时跳闸。
本工程9MW小机组用于大机组停机时维持下游生态流量用，因此大机组与小机组不会同时运行，不存在大机组与小机组同时甩负荷的情况，故大波动水力过渡过程计算按四台大机组不同工况运行时同甩负荷考虑，下文提到机组均指大机。电算软件采用河海大学水力机组微机控制技术开发研究室开发的《水电站水力-机械过渡过程仿真计算系统》。
2 基础资料
大波动水力过渡过程计算所需基础资料包括电站上下游特征水位、水轮发电机组主要参数及水轮机模型资料、压力引水系统布置参数等，本工程部分基础资料参数如下：
（1）水库水位：
校核洪水位：320.27m 设计洪水位：317.76m
正常蓄水位：313.0m 死水位：270.0m
（2）尾水水位：
校核洪水位：229.25m 设计洪水位：229.11m
最低尾水位：220.5m
（3）净水头：
最高水头：94m 最低水头：46m
（4）水轮机参数：
水轮机型号：HLTF120-LJ-290 额定转速：230.8r/min
额定水头：77.5m 额定流量：72.69m3/s
额定出力：51.55MW 机组飞轮力矩：≥2900t・m2
3 控制值选择
根据《水利水电工程机电设计技术规范》（SL511-2011）的规定选择水力过渡过程计算控制值如下：
（1）机组甩负荷时的最大转速升高率保证值小于55%；
（2）机组甩负荷时的蜗壳最大压力升高率保证值小于45%；
（3）机组甩负荷时的尾水管进口断面的最大真空保证值不大于8m水柱。
4 计算工况说明及结果分析
本工程大波动水力过渡过程电算的目的是算出过渡过程中压力引水系统的最大水锤压力和机组的最大转速升高率，用以确定金属蜗壳和压力钢管设计强度，同时对机组飞轮力矩GD2进行敏感性分析、优化导叶关闭规律。基于上述目的，同时为使得计算工况能涵盖全水头运行范围，拟定的计算工况及其说明见表1。
工况选定后一般先按导叶一段直线关闭进行大波动水力过渡过程电算，选出出现蜗壳最大压力和机组最大转速的工况，并确定导叶关闭时间，再以选出的工况和导叶关闭时间进行机组飞轮力矩的敏感性分析计算及导叶关闭规律优化计算，本工程一段直线关闭不能满足选择的控制值，因此按导叶两段折线关闭规律考虑，限于篇幅仅附最终计算结果，略去中间成果，计算结果汇总见表2。
从表4可以看出，蜗壳压力升高率极值、蜗壳压力极值、尾水管最小压力极值及机组转速升高率极值集中出现在最大水头到额定水头运行的工况（CTH1～CTH4工况），即为典型工况。从计算结果来看，采用分段关闭规律，四台机组同时甩负荷时，蜗壳最大压力升高率为42.3%，蜗壳末端最大压力134.67mH2O，机组最大转速升高率为52.9%，尾水管最小压力0.08mH2O，均低于控制值。据此，推荐金属蜗壳和压力钢管最大设计压力140mH2O，机组过速保护整定值：第一道电气保护整定115%nr（nr为额定转速），第二道电气保护整定140%nr，第三道机械保护整定150%nr。
导叶分段关闭规律见图1，典型工况水力过渡过程图形见图2～4。
5 结语
涔天河水电站大波动水力过渡过程电算包括引水隧洞洞径比选、设置引水调压井方案比选、机组飞轮力矩敏感性分析、导叶关闭规律优化计算、水锤波叠加探讨计算、小波动稳定性分析计算、调速器参数优化计算等，限于篇幅，本文仅展现了推荐方案大波动水力过渡过程电算成果，通过电算成果掌握最大压力升高率和最大转速升高率出现的典型工况，即额定水头以上满出力运行的各种工况，以便前期工作快速完成方案比较过渡过程电算。
摘 要：本文介绍了涔天河水电站大波动水力过渡过程电算的工况选择及计算成果，分析并确定水力过渡过程计算控制值和设计值。工况选择时涵盖全水头范围运行，并需要与实际运行工况相近，了解典型工况规律，以便利用典型工况快速进行洞径比选、机组飞轮力矩敏感性分析及导叶关闭规律优化等。
关键词：涔天河水电站；水力过渡过程计算；工况选择；大波动；分段关闭
1 前言
涔天河水电站位于湖南省永州市江华瑶族自治县境内的湘江支流潇水上游峡谷出口处，系潇水流域开发的第一个梯级，下距江华县城12km。涔天河水库是一座以灌溉、防洪、下游补水和发电为主，兼顾航运等综合利用效益的大型水利水电工程。电站装机4台50MW立式混流式水轮发电机组和1台9MW卧式混流式水轮发电机组，总装机容量209MW，为引水式电站、地面厂房，在系统中承担调枯、调峰、调频和事故备用等任务。
电站压力引水系统为5机一管的引水方式，引水总管管径φ9.5m，长约478.7m，不设调压井。每台大机组支管管径φ4.1m，小机组支管管径φ1.8m，每台机组金属蜗壳上游侧装有进水蝶阀。
电站采用220kV一级电压接入系统，一回出线接至220kV江华变电站，线路的长度约为7km。发电机电压侧采用两组扩大单元接线，设置两台升压变压器，每段母线连接两台发电机组和一台变压器，两台变压器容量均为120MVA；220kV电压侧采用单母线接线。当四台机组同时运行时，高压侧母线故障或者线路故障均有可能导致四台机组同时跳闸。
本工程9MW小机组用于大机组停机时维持下游生态流量用，因此大机组与小机组不会同时运行，不存在大机组与小机组同时甩负荷的情况，故大波动水力过渡过程计算按四台大机组不同工况运行时同甩负荷考虑，下文提到机组均指大机。电算软件采用河海大学水力机组微机控制技术开发研究室开发的《水电站水力-机械过渡过程仿真计算系统》。
2 基础资料
大波动水力过渡过程计算所需基础资料包括电站上下游特征水位、水轮发电机组主要参数及水轮机模型资料、压力引水系统布置参数等，本工程部分基础资料参数如下：
（1）水库水位：
校核洪水位：320.27m 设计洪水位：317.76m
正常蓄水位：313.0m 死水位：270.0m
（2）尾水水位：
校核洪水位：229.25m 设计洪水位：229.11m
最低尾水位：220.5m
（3）净水头：
最高水头：94m 最低水头：46m
（4）水轮机参数：
水轮机型号：HLTF120-LJ-290 额定转速：230.8r/min
额定水头：77.5m 额定流量：72.69m3/s
额定出力：51.55MW 机组飞轮力矩：≥2900t・m2
3 控制值选择
根据《水利水电工程机电设计技术规范》（SL511-2011）的规定选择水力过渡过程计算控制值如下：
（1）机组甩负荷时的最大转速升高率保证值小于55%；
（2）机组甩负荷时的蜗壳最大压力升高率保证值小于45%；
（3）机组甩负荷时的尾水管进口断面的最大真空保证值不大于8m水柱。
4 计算工况说明及结果分析
本工程大波动水力过渡过程电算的目的是算出过渡过程中压力引水系统的最大水锤压力和机组的最大转速升高率，用以确定金属蜗壳和压力钢管设计强度，同时对机组飞轮力矩GD2进行敏感性分析、优化导叶关闭规律。基于上述目的，同时为使得计算工况能涵盖全水头运行范围，拟定的计算工况及其说明见表1。
工况选定后一般先按导叶一段直线关闭进行大波动水力过渡过程电算，选出出现蜗壳最大压力和机组最大转速的工况，并确定导叶关闭时间，再以选出的工况和导叶关闭时间进行机组飞轮力矩的敏感性分析计算及导叶关闭规律优化计算，本工程一段直线关闭不能满足选择的控制值，因此按导叶两段折线关闭规律考虑，限于篇幅仅附最终计算结果，略去中间成果，计算结果汇总见表2。
从表4可以看出，蜗壳压力升高率极值、蜗壳压力极值、尾水管最小压力极值及机组转速升高率极值集中出现在最大水头到额定水头运行的工况（CTH1～CTH4工况），即为典型工况。从计算结果来看，采用分段关闭规律，四台机组同时甩负荷时，蜗壳最大压力升高率为42.3%，蜗壳末端最大压力134.67mH2O，机组最大转速升高率为52.9%，尾水管最小压力0.08mH2O，均低于控制值。据此，推荐金属蜗壳和压力钢管最大设计压力140mH2O，机组过速保护整定值：第一道电气保护整定115%nr（nr为额定转速），第二道电气保护整定140%nr，第三道机械保护整定150%nr。
导叶分段关闭规律见图1，典型工况水力过渡过程图形见图2～4。
5 结语
涔天河水电站大波动水力过渡过程电算包括引水隧洞洞径比选、设置引水调压井方案比选、机组飞轮力矩敏感性分析、导叶关闭规律优化计算、水锤波叠加探讨计算、小波动稳定性分析计算、调速器参数优化计算等，限于篇幅，本文仅展现了推荐方案大波动水力过渡过程电算成果，通过电算成果掌握最大压力升高率和最大转速升高率出现的典型工况，即额定水头以上满出力运行的各种工况，以便前期工作快速完成方案比较过渡过程电算。