Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Обрезков, В. И. Гидроэлектрические станции в электроэнергетических системах

.pdf
Скачиваний:
9
Добавлен:
22.10.2023
Размер:
14.15 Mб
Скачать

боты других участников комплексного использования данной реки.

Так, например, зона, расположенная ниже противоперебойных линий при комплексном использовании во­ дотока, обычно делится на две части (на рис. 2-18 не показаны). Верхняя часть зоны соответствует гаранти­ рованному расходу для всех участников комплекса.

Внижней части некоторые участники воды недополучат.

Взоне V I ограничивается расход для всех участников комплекса.

Построение полного диспетчерского графика можно осуществить, и не разделяя год на периоды сработки и исполнения. Для этого для каждого заданного расчет­ ного годового гидрографа с учетом ограничений, диктуе­ мых системой и неэнергетическими участниками ком­ плекса, производится по тому или другому критерию оптимизация режима работы ГЭС. В результате полу­ чится серия кривых 2 в . б ( 0 . каждая из которых в соот­

ветствии с заданным

гидрографом будет

отражать как

график обеспеченных

мощностей ГЭС, так и режим ра­

боты водохранилища.

Далее описанным

выше способом

определяются огибающие и все необходимые зоны. Такого рода расчеты, как нетрудно представить, в со­ временных условиях можно осуществить лишь на основе использования ЭВМ.

Правила использования

избыточной

приточности

в зонах I I I и IV в настоящее

время почти

не отражают­

ся на диспетчерских графиках. Это объясняется внедре­ нием вычислительных машин, позволивших быстро определять оптимальные режимы с учетом разносторон­ него значения ГЭС в сложных условиях объединенных энергетических систем и каскадов. Кроме того, нередко имеющиеся в таких системах весьма сложные связи между отдельными ГЭС по существу исключают воз­ можность графического представления правил опти­ мального использования избыточной приточности. Одна­

ко для отдельных гидростанций такие правила

могут

быть легко разработаны и представлены. Для

этого

необходимо провести ряд расчетов по определению опти­ мального режима работы водохранилища при полном цикле регулирования.

Расчеты ведутся при использовании одного из воз­

можных критериев оптимальности

(см.

гл. 7). Затем

результаты этих расчетов наносятся

на

диспетчерский

ПО

 

 

график в

виде

Соответствующих изолиний

[например,

.б = .б(^,

Nr)].

Правила

использования

избыточной

приточности сводятся в этом

случае к определению по

диспетчерскому графику для данного уровня верхнего бьефа оптимального значения среднесуточной мощно­ сти ГЭС. Работая с этой мощностью, всегда можно при неизменной гидрологической обстановке по соответст­

вующей кривой 2в . б(/,

Nr)

получать

значения

уровня

верхнего бьефа на некоторый интервал

времени

вперед.

^2

Зона

работы

ГЭС при

 

6 ^ НПУ

/ избыточной

приточности

 

 

Зона,

обеспеченной

-«^^^

работы ГЭС

 

Зона

необеспе^**^

 

 

ченной

работы

N .

S

ГЭС

X

УМО

I 1 и [т\вг[ Y \w\m\m\ ж\х \хг \ш

месяцы

Рис. 2-19. Диспетчерский график многолетнего регулирования.

Несколько другой вид имеют диспетчерские графики для водохранилища-компенсатора. Однако подробное рассмотрение такого графика выходит за возможности настоящей книги.

До сих пор рассматривались диспетчерские графики лишь применительно к годовому циклу регулирования. Аналогичным образом они могут быть построены и для условий многолетнего регулирования (рис. 2-19). При этом обычно исходят из следующих предпосылок.

Считается, что к началу расчетного маловодного пе­ риода вся многолетняя емкость водохранилища запол­ нена, а к концу этого периода сработана. В течение всех промежуточных лет поддерживается гарантированная отдача. Исходя из этого на диспетчерский график на­ носятся две основные диспетчерские линии. Верхняя соответствует расчетному году, гарантирующему обес-

Ш

печение заданного графика мощностей ГЭС без исполь­ зования многолетней составляющей объема водохрани­ лища. Она строится в пределах от НПУ до отметки, определяемой годовой составляющей полного объема водохранилища многолетнего регулирования. На рис. 2-19 видно, что эта линия обеспечивает наполнение водохра­ нилища до отметки НПУ.

Нижняя линия строится при тех же предпосылках по второму расчетному году, который берется несколько многоводней, чем первый, так как обеспечение того же гарантированного графика нагрузки ГЭС, что и в пер­ вом случае, потребует при пониженных напорах боль­ ших расходов. Определяемая ею сработка водохрани­ лища соответствует отметке УМО, начиная с которой обычно и проводится расчет последнего года (ходом назад). Так как расходы ГЭС во втором случае больше, чем в первом, то и глубина сработки в этом году будет больше, чем в первом.

На диспетчерском графике многолетнего регулиро­ вания также наносятся линии основных ограничений, вытекающих из характера и назначения гидроэнергети­ ческой установки и ее водохранилища.

В данном параграфе рассматривались лишь общие схемы диспетчерского регулирования и способы построе­ ния диспетчерских графиков. В действительности все гораздо сложнее, что вытекает из вероятностного ха­ рактера исходной информации. Такого рода информа­ цию в полной мере можно использовать лишь на основе применения современных средств вычислительной тех­ ники. Это особенно относится к диспетчеризации много­ летнего регулирования при комплексном использовании водотока. В настоящее время для проектной практики разработан ряд методов, позволяющих успешно исполь­ зовать и строить диспетчерские графики. В этом отно­ шении весьма перспективным оказался метод МонтеКарло.

Вопрос о диспетчерском регулировании имеет свою специфику в случае каскадного использования водотока, а также в условиях развивающихся энергосистем. Одна­ ко рассмотрение указанных случаев выходит за рамки данной книги.

Г Л А В А Т Р Е Т Ь Я

О С Н О В Ы В О Д Н О Э Н Е Р Г Е Т И Ч Е С К И Х Р А С Ч Ё Т О В ' П Р И З А Д А Н Н О Й Н А Г Р У З К Е Г Э С

3-1. О б щ и е положения

Рассмотрим вывод формул для определения среднеэксплуатационного к. п. д. и режима работы водохрани­ лища ГЭС за определенный период времени при задан­ ном графике нагрузки. Как известно, величина среднеэксплуатационного к. п. д. ГЭС определяет собой из­ держки на топливо в системе и является также одним из определяющих факторов при выборе основного оборудо­ вания ГЭС. В настоящее время эта величина определяет­ ся численными методами, как правило, с применением ЭВМ. Однако эти методы обладают тем недостат­ ком, что не позволяют провести общий анализ эффек­ тивности того или иного вида энергетического оборудо­ вания в зависимости от основных параметров ГЭС и энергетической системы. Так, например, при использо­ вании только численных методов расчета среднеэксплуатационного к. п. д. невозможно определить эффективные зоны работы диагональной \и радиально-осевой гидротур­ бин в зависимости от колебаний напора и числа агрега­ тов на ГЭС.

В § 3-4 выведена новая, так называемая структурная формула для определения среднеэксплуатационного к. п. д., которая позволяет быстро определить среднеэксплуатационный к. п. д. ГЭС без применения ЭВМ, а также провести общий анализ энергетической эффек­ тивности того или иного типа гидротурбин. Следует отметить, что вывод структурной формулы среднеэкс­ плуатационного к. п. д., проведенный с учетом влияния водоподводящих сооружений, опирается на суточный режим ГЭС при заданном графике нагрузки, т. е. на зависимости расхода, напора и к. п. д. от времени. Так как подобный анализ суточного режима в современной литературе отсутствует, он приведен нами в первых трех параграфах настоящей главы.

В свою очередь режим работы водохранилищ необ­ ходим при определении основных параметров ГЭС: уста­ новленной мощности, выработки и т. д. Численные ме­ тоды с успехом решают эту задачу с применением ЭВМ. Однако необходимыми в исследовательской, проектной

8—91

113

и учебной практике являются аналитические методы1. Существующий в настоящее время приближенный ана­ литический метод, так называемый табличный, и его графический аналог — планшетка Мастицкого (см. гл.2) не учитывают влияния энергетических свойств силового оборудования и водоподводящих сооружений, а также имеют другие допущения. В § 3-5 приведен способ опре­ деления режима работы водохранилища, лишенный ука­ занных недостатков табличного метода.

3-2. К о э ф ф и и ц е н т полезного действия Г Э С в д а н н о м р е ж и м е

Рассмотрим ГЭС, состоящую из одинаковых агрегат­ ных блоков. Полный напор ГЭС # г л представляет собой разность между удельной энергией потока в центре тяжести живого сечения на входе в гидростанцию £ в . б и удельной энергией потока в центре тяжести живого сечения на выходе из нее £н .б, т. е.

 

 

 

 

 

Яг .п = £'в£п.б.

 

 

 

(3-1)

Согласно уравнению Бернулли для

потока

 

 

 

 

 

 

 

£

= 2

+ Т + ^

 

 

 

( 3 " 2 )

где

2 — высота

расположения

центра

тяжести

живого

сечения

потока

 

над

условной

плоскостью

сравнения;

ply — давление

в

центре

тяжести живого сечения;

ѵ —

средняя скорость течения в живом сечении;

а — коэффи­

циент Кориолиса

живого

сечения.

 

 

 

 

В свою очередь

 

 

 

 

 

 

 

где р а — атмосферное

давление;

2 б

уровень

бьефа.

Тогда

из

(3-1) (3-3)

получаем:

 

 

 

 

 

 

и

—у

 

 

 

1 а °-6 "в.б~а я.б"Г,.б

,

 

 

 

 

 

 

 

J

Ра.

п.б — Ра.

и.б

 

 

 

ß _ ^

где

2в.б и

2н.б уровни соответственно

верхнего

и ниж­

него

бьефов;

ав

и <ан.б — коэффициенты Кориолиса

по­

тока в верхнем и нижнем бьефах; ив.б и ан .б— средние скорости потока в верхнем и нижнем бьефах; ^а.в.б

114

и Ра.и.б атмосферное давление в верхнем и нижнем бьефах.

В гидроэнергетических расчетах разностью скорост­ ных напоров и атмосферных давлений при определении напора Г Э С пренебрегают, т. е. напор Г Э С Я г будем определять по формуле

 

 

 

Я г =

2„.б—2,і.б,

м.

 

 

 

(3-5)

Тогда

мощность,

подведенная

к

Г Э С

Nr

(мощность,

которую

отдает вода,

проходя

через

агрегаты Г Э С ) ,

будет определяться

следующей известной

формулой:

 

 

N"°* = 4QTHT,

кгс-м/сек,

 

 

(3-6)

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^ Г = ^ = 9 , 8 1 С ? Г Я Г , к е т ,

(3-7)

где Y=

1 ООО удельный

вес

воды,

кгс/м3;

 

Q R расход

Г Э С ,

м3/сек.

 

 

Г Э С Na

 

 

 

Под

 

мощностью

агрегата

будем понимать

мощность на шинах генераторного напряжения. Тогда мощность Г Э С ІѴг определяется следующим выражением:

 

 

NT

=

i,[Nai,

 

 

(3-8)

где

і — число работающих

в данном режиме

агрегатов;

Naj — мощность /-го агрегата.

 

 

 

 

 

Если все агрегаты имеют одинаковую нагрузку N&, то

 

 

 

Nr = iNa.

 

 

(3-9)

 

Под

к. п. д. Г Э С г)г в любом режиме, определяемом

напором и мощностью

Г Э С ,

будем понимать

отношение

 

Мощность, подведенная

к

турбине

/Ѵ"од

по

аналогии

с (3-7),

определяется следующим выражением:

 

 

 

Л Г д = 9,81(За Ят ,

 

 

(3-11)

где

Qa

— расход воды

через

агрегат

Г Э С ;

Я т — напор

на

турбине.

 

 

 

 

 

 

 

Напор на турбине, представляющий собой разность

между удельной энергией

на

входе в турбинную камеру

8*

115

и на выходе из отсасывающей

турбины,

можно найти

из следующего выражения:

 

 

Я Т = Я Г - Д Л „ . 0 ,

(3-12)

где ААп.о потери напора в подводящих

сооружениях.

В общем виде потери напора в подводящих соору­

жениях [Л. 17]

 

 

 

 

'

и2

 

AA„.0

= J]Cf t -^-,

(3-13)

где t,k — коэффициенты

потерь по длине

и местных по­

терь на внезапные сужения и

сжатия, поворот и т. д.;

Vh — соответствующие значения

скорости;

/ — суммарное

число всех видов потерь; g— ускорение свободного па­ дения.

Из (3-11) мощность на валу турбины

 

УѴт = / Ѵ ^ Ч =

9,81т]т да Ят .

(3-14)

Окончательно

мощность агрегата

 

Na

= /ѴтТ)ген = 9,81 Г|генТ]т Qa# т,

(3-15)

или, если обозначить

 

(3-16)

получим:

ча = Т]геиГ|т,

Na = 9,81r|a Qa #T .

(3-17)

 

Из формул (3-8) с учетом

(3-16) полу1

аем:

 

Л Г г = 2 ] 9 , 8 1 т і а ^ Я т , .

(3-18)

Обычно утечки воды в подводящих

сооружениях

практически отсутствуют, следовательно,

 

 

SQaJ - Qr -

(3-19)

 

/=1

 

 

В частном случае, когда агрегаты ГЭС несут оди­ наковую нагрузку при одинаковых к. п. д. и напорах на турбинах, выражение (3-18) будет иметь вид:

ЛГг=9,81М8<ЗгЯт. (3-20)

І16

Преобразуем формулу (3-10) с учетом (3-7) и (3-18):

.[=}

(3-21)

 

Q r t f r

где

= Qr-

Преобразовав формулу (3-18) с учетом (3-21), по­ лучим выражение для Nr в следующем виде:

Nr =9,81r|r Qr#r. (3-22)

Проанализируем величины к. п. д., входящие в (3-15). Коэффициент полезного действия генераторов [Л. 40] при номинальном значении cost? и при изменении нагрузки

от 0,5 Nnmi

до

/Vй™ (/Ѵн ом

— номинальная

мощность

гене-

ратора)

г о н

 

г е и

4

г о п

 

от 0,97

до 0,98 (рис.

3-1).

изменяется

в

пределах

В свою

очередь

т]т

может

меняться в

широких

пределах

от 0,60

до

0,95

при

изменении

напора

и

мощности

тур­

бины от

0,5іѴн о м

до

NH0".

Совершенно

ясно, что

измене-

тГ

нием т)г е н по сравнению с изменением % можно пренеб­ речь. Учитывая это, в дальнейшем анализе будем прини­

мать,

что

і)ген = const при

Afr e H =

var.

 

 

 

 

 

Значения к. п. д. турбины получают из эксплуата­

ционных

характеристик [Л. 37],

представляющих

собой

изолинии

т]т в

яоле

координат

NT и

Нт

или

Qa

и Я т .

Причем

эксплуатацион­

0,98

 

 

 

 

 

ная

характеристика

соот­

 

 

 

 

 

 

ветствует

турбине,

имею­

 

 

 

 

 

 

щей определенные диаме­

 

 

 

 

 

 

тры рабочего колеса Di и

 

 

 

 

 

 

синхронные обороты

я с .

 

 

 

 

 

 

 

Эксплуатационные ха­

 

 

 

 

 

 

рактеристики

пересчиты­

0,9h

 

 

 

 

 

вают

из

универсальных

 

 

 

 

 

характеристик,

которые

0,93

 

 

 

 

 

получают

эксперимен­

 

 

 

 

 

тальным

путем . на

мо­

а

0,2

0,4

0,6

0,9

,f,0

дельных

турбинах.

Уі-іИ;

Рис.

3-1.

Зависимость

 

версальные характеристи­

г [ г е н =

ки

представляют •

собой

 

 

 

 

 

 

117

изолинии к. п. д. модельной турбины тім, построенные в поле приведенных расходов Q'i и приведенных оборо­

тов ѣ\ (рис. 3-2), которые связаны с # т

и Qa следующи­

ми зависимостями [Л. 37]:

 

 

 

О' =

^а

(3-23)

 

ѴТййУ

 

 

 

YHr

 

(3-24)

1

 

 

Совершенно ясно, что величина г)м не равна вели­ чине т)т при соответствующих Я т и Qa , так как при по­ лучении универсальных характеристик выдерживается

500

600

700

800

900

1000

И00

1&00

л/сек

Рис. 3-2. Универсальная характеристика модельной гидротурбины

T1M = T ) „ ( Q ' I ,

n'i).

только геометрическое, а не динамическое подобие с на­ турой. Величину т]т в соответствующих режимных точ­ ках получают по значениям т)м по определенной мето­ дике. В настоящее время Международный код модель­ ных испытаний гидротурбин рекомендует следующие формулы при пересчете г)т по т)м [Л. 37].

118

Для поворотно-лопастных и пропеллерных турбигі отношение потерь к. п. д. в оптимальном режиме

 

! _

макс

 

 

 

 

 

 

 

 

Î I — =

0,3 +

0,7 i f

{ р - .

 

(3-25)

 

макс

' \

ѵ '

У

R e .

ѵ

1

\ f 1 K P

\Т1 TCP

IM

 

 

 

 

и

 

— максимальные

 

 

и мо-

где

и 7)

к. п. д. натурной

тM

дельной

турбин; ReT

и ReM — число Рейнольдса

натурной

и модельной турбин.

 

 

 

 

 

 

 

Число Рейнольдса определяется следующей форму­

лой:

 

 

 

 

 

 

 

 

где V кинематическая вязкость; g— ускорение

свобод­

ного падения.

 

 

 

 

 

 

 

Зная

\ к с , рассчитывают

т ) ш к с

по (3-25), затем

нахо­

дят Дт) =

7j" a K C 7)™ к с . Коэффициент

полезного

действия

натурной

турбины в

каждой

точке

характеристик

полу­

чают по следующей

формуле:

 

 

 

 

 

 

 

Т]т = Т1м +

Агі.

 

 

 

 

Для

радиально-осевых

турбин

отношение

потерь

в оптимальном режиме

 

 

 

 

 

 

 

1—о!макст

л/~

^

 

 

 

(3-26)

 

 

 

 

 

 

далее к. п. д. в любой точке определяется так же, как и в предыдущем случае.

Таким образом, пересчет к. п. д. с модельной универ­ сальной характеристики на натуру производится для всех реактивных турбин по одной формуле:

T ) T = I 1 M + A ï i ,

(3 - 27 )

где Дт] = т)" а к с — т)" а к с постоянная поправка.

 

Разница только в подсчете этой постоянной

поправки.

Для активных турбин [Л. 37]

 

т ] т = т | м .

(3 - 28)

Анализ величин т)Геп и г)т агрегата является функцией, т. е. г|а=тіа(Л^а, # т ) , и может

показывает, что к. п. д. зависящей от N& и # т , быть представлен в виде

119

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ