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水电站日调节计算

2020-04-09 21:01

水电站按承担的日内变化负荷要求工作,泄放非恒定流引起上下游水流流态变化的有关分析计算。水电站担任电力系统峰荷或腰荷时,一日内下泄流量随所承担的负荷增加而加大,在坝址上游引起水位降低,并以逆负波形式向上游传递,同时使下游水位增高,并以顺正波形式向下游传播,使电站利用水头降低而造成电能损失;水电站下泄流量随所承担的负荷减少时,在坝址上下游引起与前述相反的流态变化。水电站日调节所引起的向上下游传播的非恒定流动,受水库和天然河道的槽蓄以及摩阻力作用而逐渐坦化,直至稳定。在非恒定流区内,各水流要素可能与水库承担的航运、城镇供水和灌溉、养殖等其他用水部门对水位变幅、最小水深(水位)、最大流速、岸坡稳定等方面的要求发生矛盾,日调节计算为协调上述矛盾,采取工程措施,以及估算电能损失等提供依据。

水电站日调节计算的主要资料包括:水电站担任的典型日负荷过程(或典型日负荷图及水电站工作位置)和水库调度图;水库面积曲线和容积曲线;坝址上下游日调节影响范围内的纵剖面和控制断面的横断面图;坝址上下游日调节影响范围的水文(水位)站的实测水文资料,包括河段内顶托或分流影响分析、河段糙率分析、实测控制断面流速分布、水位流量关系曲线等;水电站机组动力特性等。

水电站日调节计算的主要内容有坝址上、下游非恒定流计算和日调节引起的电能损失计算。

坝址下游非恒定流计算

设计条件的拟定原则

根据不同的计算任务,选用合适的典型日负荷图和水库水位,要求基本概括水电站进行日调节所遭遇的各种不利组合。

(1)计算中采用的典型日负荷和起始库水位,一般根据用水部门的要求和水库调度图及电力系统电力电量平衡成果给定。为了分析下游航道受非恒定流的影响范围、水位变幅和最大表面流速,一般应选择设计枯水年水电站担任最大工作容量月份的典型日负荷和相应的库水位作为设计依据;为了分析下游河道最小水深对航运和供水的影响,一般应选择水电站月平均出力最小月份的典型日负荷和相应的库水位作为设计依据。在特殊情况下,还应分析可能出现的不利情况。

(2)对具有较大调节能力的水电站,可认为一天中水库水位不变化;对于仅具有日调节能力的水电站,由于水库水位日消落深度大,一般需考虑水库水位逐时变化对下泄量过程的影响。

逐时流量计算

根据不同的设计条件,选用下列4种方法。

(1)具有较大调节能力的水电站,其下游河段不受顶托或分流影响,可依据给定的日负荷过程和水库水位,按下式计算逐时下泄量:

式中,N为需要水电站发出的逐时平均出力,kW;K为出力系数,由电站动力特性决定;H为水电站净工作水头,m。

(2)仅具有日调节能力的水电站,需考虑日调节引起的水库水位变化。简化的计算方法与水库调洪计算类似,仅下泄量改由以电站出力为参数的水库水位和下泄量关系曲线决定。必要时应通过下游的非恒定流计算联解求出下泄的逐时流量。

(3)下游河段泄流受顶托或分流影响较大时,需在计算逐时流量中考虑这一影响,并据以计算电站工作水头。

(4)重要枢纽的逐时流量计算,其坝下水位还需考虑非恒定流引起的涨落率。

坝址下游沿程流量、水位计算

一般应采用非恒定演进法推算(参见洪水演进)。演算的边界条件:上边界条件为满足日负荷要求的逐时下泄量;下边界条件为日调节影响接近消失的河段代表站的水位流量关系曲线;沿程起始水位可采用相应日调节平均流量的稳定水位。计算河段的划分,在近坝区宜短,以下可逐渐加长。计算时段一般采用1 h,时段初的出流可通过试算确定,要求连续演算至相邻2个周期(24 h)的沿程流态趋近一致时止。

坝址下游沿程最大表面流速计算

一般可采用简化法,即由下游河段代表站实测资料的统计分析,建立最大表面流速与平均流速及水面坡降的关系,然后由非恒定流计算所得沿程各断面的平均流速及水面坡降,参照上述关系进行估算。

坝址上游(库区)非恒定流计算 一般只在调节性能很低的河道型水库且有某种特殊需要时,才进行此种计算。计算项目和方法与坝址下游的相关计算相同,仅在进行沿程逐时流态(水位和流量)演进计算中,上边界条件为日平均入库流量,下边界条件为日调节逐时下泄量过程。当库区有较大支流汇入或建有某些水利工程影响河道流态,或产生较大横坡降时,需采用二维非恒定流方法计算。

日调节电能损失计算

水电站进行日调节有很大的容量效益,但也会产生电能损失。对于具有较大调节能力和水头高的水电站,由于日调节时上游水位波动相对甚微,一般产生的电能损失不大,并不影响电站规模的拟定和技术经济评价,在规划设计中可不考虑。对于仅具有日调节能力的低水头水电站,在24 h内上游水位至少在正常蓄水位和死水位之间波动一次,水库供水时将引起电站利用水头降低,机组效率下降,工况恶化,加之下游非恒定流的影响,将导致一定的电能损失,预想出力下降。其计算方法可选用若干有代表性的日流量和几个典型日负荷图,在电力电量平衡的基础上,求出各典型日的电站出力过程,然后进行调节计算。将所算得的日电量与不考虑日调节的相应时间的日电量进行比较,并以此为依据对原计算年电量进行修正,作为设计采用值。

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