一種電站水輪機(jī)組的開機(jī)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電站水輪機(jī)組的開機(jī)方法，該開機(jī)方法采用調(diào)速器進(jìn)行一段式或多段式開機(jī)；在導(dǎo)葉開啟過程中，導(dǎo)葉開度隨時(shí)間按設(shè)定開啟速率增長，使導(dǎo)葉開度與時(shí)間的比值呈線性斜率。本發(fā)明提供的電站水輪機(jī)組的軟啟動(dòng)開機(jī)方法，減輕了開機(jī)過程中對(duì)水輪機(jī)組導(dǎo)葉所受應(yīng)力的作用，使轉(zhuǎn)輪下環(huán)側(cè)的動(dòng)應(yīng)力峰值下降，由此帶來的是轉(zhuǎn)輪葉片的疲勞壽命可增加達(dá)多倍，降低了轉(zhuǎn)輪安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和生產(chǎn)成本。
【專利說明】一種電站水輪機(jī)組的開機(jī)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水利發(fā)電站，尤其涉及一種電站水輪機(jī)組的開機(jī)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，一般水電站調(diào)速系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠。其中，應(yīng)用調(diào)速器對(duì)水電站進(jìn)行開機(jī)操作。調(diào)速器用于檢測水輪機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)整轉(zhuǎn)速的大小，控制水輪機(jī)流量，控制水輪機(jī)組開機(jī)、停機(jī)、緊急停機(jī)及增減負(fù)荷。在水輪發(fā)電機(jī)組開機(jī)過程中，現(xiàn)有的采用調(diào)速器開機(jī)方法為開機(jī)規(guī)律采用的分段式開機(jī)。例如，如圖1所示，采用以下的調(diào)速器轉(zhuǎn)速小于35HZ時(shí)，導(dǎo)葉開度為空載開度(所述空載開度為水輪機(jī)機(jī)組達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后投入電網(wǎng)的瞬間，導(dǎo)葉所達(dá)到的開度，稱為空載開度)；轉(zhuǎn)速在35Hz-44Hz，導(dǎo)葉開度為空載開度+5%的開度；轉(zhuǎn)速在44HZ-47.5Hz，導(dǎo)葉開度為空載開度的1.5倍；轉(zhuǎn)速大于47.5Hz，調(diào)速器轉(zhuǎn)空載狀態(tài)。整個(gè)開機(jī)過程中，水輪機(jī)組導(dǎo)葉的空載開限=空載開度*1.5。如圖2和圖3所示，導(dǎo)葉下環(huán)側(cè)的動(dòng)應(yīng)力峰值高達(dá)340MPa，；上冠側(cè)的動(dòng)應(yīng)力峰值高達(dá)55MPa。
[0003]上述調(diào)速器開機(jī)方法使水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪在空載或部分載荷的情況下運(yùn)行，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪導(dǎo)葉的應(yīng)力集中處動(dòng)應(yīng)力過大，容易使水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪導(dǎo)葉出現(xiàn)裂紋和缺陷，需要經(jīng)常更換維修增加了生產(chǎn)成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問題
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種能夠增加水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪疲勞壽命的電站水輪機(jī)組的開機(jī)方法。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]一種電站水輪機(jī)組的開機(jī)方法，該開機(jī)方法采用調(diào)速器進(jìn)行一段式或多段式開機(jī)；在導(dǎo)葉開啟過程中，導(dǎo)葉開度隨時(shí)間按設(shè)定開啟速率增長，使導(dǎo)葉開度與時(shí)間的比值呈線性斜率。
[0009]其中，開機(jī)過程中，導(dǎo)葉以設(shè)定開啟速率開啟至比空載開度大的設(shè)定開度；然后，隨著水輪機(jī)組導(dǎo)葉的轉(zhuǎn)速增加而降低導(dǎo)葉開度，當(dāng)水輪機(jī)組導(dǎo)葉達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)并網(wǎng)。該技術(shù)方案的技術(shù)效果在于，通過將導(dǎo)葉開啟至比空載開度大的設(shè)定開度，使導(dǎo)葉開度能夠快速調(diào)整，適應(yīng)不同的水頭。
[0010]優(yōu)選地，導(dǎo)葉開啟的設(shè)定開啟速率為0.25%空載開度/秒，且所述設(shè)定開度為空載開度的1.3倍。該技術(shù)方案的技術(shù)效果在于，使轉(zhuǎn)輪導(dǎo)葉上冠側(cè)應(yīng)力和導(dǎo)葉上冠下環(huán)側(cè)應(yīng)力得到最有效的減少。
[0011]進(jìn)一步，降低導(dǎo)葉開度的方法為:當(dāng)導(dǎo)葉的轉(zhuǎn)速為45Hz時(shí)，導(dǎo)葉開度調(diào)整為空載開度1.2倍；在導(dǎo)葉轉(zhuǎn)速為47.5Hz后，導(dǎo)葉開度為空載開度。該技術(shù)方案可有效減少導(dǎo)葉開度降低時(shí)，導(dǎo)葉上冠側(cè)應(yīng)力和上冠下環(huán)側(cè)所受應(yīng)力作用。
[0012]其中，所述水輪機(jī)組的開機(jī)方法采用一段式開機(jī)方法:導(dǎo)葉以設(shè)定開啟速率從全關(guān)開啟至設(shè)定轉(zhuǎn)速后并網(wǎng)。該技術(shù)方案的作用在于，在導(dǎo)葉能夠快速開啟的同時(shí)，減少導(dǎo)葉上冠側(cè)應(yīng)力和上冠下環(huán)側(cè)所受應(yīng)力作用。
[0013]優(yōu)選地，所述導(dǎo)葉的設(shè)定開啟速率為0.5%空載開度/秒，且導(dǎo)葉開啟至97%的額定轉(zhuǎn)速后并網(wǎng)。采用上述設(shè)定開啟速率和導(dǎo)葉設(shè)定開度，使導(dǎo)葉達(dá)到最佳的減少應(yīng)力效果。
[0014]其中，所述水輪機(jī)組的開機(jī)方法采用多段式開機(jī)方法，包括以下步驟:
[0015]SI導(dǎo)葉從全關(guān)以第一設(shè)定開啟速度開啟至設(shè)定開度；
[0016]S2保持該設(shè)定開度，直至轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速；
[0017]S3導(dǎo)葉再以第二設(shè)定開啟速度開啟至大于空載開度的導(dǎo)葉開度；
[0018]S4保持該導(dǎo)葉開度，直至導(dǎo)葉轉(zhuǎn)速上升至額定轉(zhuǎn)速的97%后并網(wǎng)。
[0019]該技術(shù)方案采用多段式開機(jī)方式，以使得機(jī)組轉(zhuǎn)速平穩(wěn)上升和操作、不致轉(zhuǎn)速超調(diào)過大，利于機(jī)組同期并網(wǎng)。
[0020]優(yōu)選地，步驟SI中，導(dǎo)葉從全關(guān)以0.5空載開度/秒的速度開啟至3%空載開度，使導(dǎo)葉開啟階段較為快速，便于調(diào)速器操作。
[0021]進(jìn)一步，步驟S2中，保持該3%空載開度，直至轉(zhuǎn)速達(dá)到25%的額定轉(zhuǎn)速。采用所述的導(dǎo)葉開度和導(dǎo)葉轉(zhuǎn)速，使的導(dǎo)葉開度平穩(wěn)上升。
[0022]再進(jìn)一步，步驟S3中，導(dǎo)葉再以1.5%空載開度/秒速度開啟至103%空載開度。該技術(shù)方案降低了導(dǎo)葉開啟速度，便于調(diào)速器對(duì)開啟的控制，使開啟更為平穩(wěn)，減少導(dǎo)葉所受應(yīng)力作用。
[0023](三)有益效果
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)和產(chǎn)品相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn):
[0025]本發(fā)明提供的電站水輪機(jī)組的軟啟動(dòng)開機(jī)方法，電站水輪機(jī)組的軟啟動(dòng)開機(jī)方法，減輕了開機(jī)過程中對(duì)水輪機(jī)組導(dǎo)葉所受應(yīng)力的作用，使導(dǎo)葉下環(huán)側(cè)的動(dòng)應(yīng)力峰值下降，由此帶來的是轉(zhuǎn)輪導(dǎo)葉的疲勞壽命可增加達(dá)多倍，降低了生產(chǎn)成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為現(xiàn)有水輪機(jī)組開機(jī)方法的導(dǎo)葉開度和轉(zhuǎn)速曲線圖；
[0027]圖2為現(xiàn)有水輪機(jī)組開機(jī)方法的轉(zhuǎn)輪導(dǎo)葉上冠側(cè)應(yīng)力圖；
[0028]圖3為現(xiàn)有水輪機(jī)組開機(jī)方法的轉(zhuǎn)輪導(dǎo)葉上冠下環(huán)側(cè)應(yīng)力圖；
[0029]圖4為本發(fā)明實(shí)施例一中水輪機(jī)組開機(jī)方法的導(dǎo)葉開度和轉(zhuǎn)速曲線圖；
[0030]圖5為本發(fā)明實(shí)施例一的水輪機(jī)組開機(jī)方法的轉(zhuǎn)輪導(dǎo)葉上冠側(cè)應(yīng)力圖；
[0031]圖6為本發(fā)明實(shí)施例一的水輪機(jī)組開機(jī)方法的轉(zhuǎn)輪導(dǎo)葉下環(huán)側(cè)應(yīng)力圖；
[0032]圖7為本發(fā)明實(shí)施例二中水輪機(jī)組開機(jī)方法的導(dǎo)葉開度曲線圖；
[0033]圖8為本發(fā)明實(shí)施例三中水輪機(jī)組開機(jī)方法的導(dǎo)葉開度曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0034]為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0035]本實(shí)施例提供一種電站水輪機(jī)組的開機(jī)方法，該開機(jī)方法采用調(diào)速器進(jìn)行一段式或多段式開機(jī)；在導(dǎo)葉開啟過程中，導(dǎo)葉開度隨時(shí)間按設(shè)定開啟速率增長，使導(dǎo)葉開度與時(shí)間的比值呈線性斜率。通過線性斜率的開機(jī)方法，從而使開機(jī)過程中，水輪機(jī)組的導(dǎo)葉下環(huán)側(cè)的動(dòng)應(yīng)力峰值下降，使轉(zhuǎn)輪導(dǎo)葉的疲勞壽命可增加多倍，避免經(jīng)常對(duì)導(dǎo)葉進(jìn)行維修，耽擱生產(chǎn)進(jìn)度，降低了生產(chǎn)成本。
[0036]實(shí)施例一
[0037]在水電站，使用調(diào)速器對(duì)水輪機(jī)組開機(jī)過程中，如圖4的曲線圖所示，使導(dǎo)葉的開度以設(shè)定開啟速率開啟至導(dǎo)葉開度為多于空載開度的設(shè)定倍數(shù)；隨著水輪機(jī)組導(dǎo)葉的轉(zhuǎn)速增加而降低導(dǎo)葉開度，當(dāng)水輪機(jī)組導(dǎo)葉達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)并網(wǎng)。電廠水頭為164m-251m，設(shè)置了 6個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間內(nèi)的空載開度與水頭對(duì)應(yīng)。因?yàn)樵诓煌乃^下的空載開度不同，如調(diào)速器無法實(shí)現(xiàn)空載開度參數(shù)隨水頭參數(shù)變化而變化，則采用預(yù)計(jì)的比空載開度大的導(dǎo)葉開度，從而便于調(diào)整。
[0038]具體地，導(dǎo)葉開啟的速率為0.25%空載開度/秒，且所述導(dǎo)葉開度為空載開度的
1.3 倍。
[0039]其中，降低導(dǎo)葉開度的方法為:當(dāng)水輪機(jī)組導(dǎo)葉的轉(zhuǎn)速為45Hz時(shí)，導(dǎo)葉開度調(diào)整為空載開度1.2倍；在導(dǎo)葉轉(zhuǎn)速為47.5Hz后，導(dǎo)葉開度為空載開度。
[0040]通過實(shí)驗(yàn)檢測可知，如圖5和圖6中應(yīng)力分析圖所示，通過上述的水輪機(jī)組的開機(jī)方法，與原有的導(dǎo)葉動(dòng)應(yīng)力的對(duì)比測量分析得出:導(dǎo)葉下環(huán)側(cè)的動(dòng)應(yīng)力由原來的峰值340MPa降至約200MPa ;導(dǎo)葉上冠側(cè)則由55MPa降至約30MPa，而開機(jī)時(shí)間僅增加了 20秒，由原來的120s增加為140s。
[0041 ] 上述的軟啟動(dòng)實(shí)施方案表明軟起動(dòng)規(guī)律改善了導(dǎo)葉上動(dòng)應(yīng)力，用軟起動(dòng)方案代替原啟動(dòng)規(guī)律。具體地測算導(dǎo)葉的疲勞壽命方法如下:機(jī)組開機(jī)運(yùn)行，并獲取相應(yīng)位置的應(yīng)變數(shù)據(jù)。把測得的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成應(yīng)力。用雨流計(jì)數(shù)法統(tǒng)計(jì)負(fù)荷周期基于導(dǎo)葉材料的疲勞曲線計(jì)算其疲勞壽命計(jì)算疲勞損壞根據(jù)機(jī)組運(yùn)行記錄，累積疲勞損壞，最終得到疲勞壽命，具體測算結(jié)果可得出，本實(shí)施例的開機(jī)方法，使導(dǎo)葉的疲勞壽命可增加2倍。
[0042]實(shí)施例二
[0043]所述水輪機(jī)組的開機(jī)方法采用一段式開機(jī)方法:如圖7所示的曲線圖可知，導(dǎo)葉以設(shè)定開啟速率從全關(guān)開啟至設(shè)定比例額定轉(zhuǎn)速后并網(wǎng)。
[0044]其中，所述導(dǎo)葉的設(shè)定開啟速率為0.5%空載開度/秒，且導(dǎo)葉開啟至97%的額定轉(zhuǎn)速后并網(wǎng)。
[0045]通過線性斜率的開機(jī)方法，使水輪機(jī)組的導(dǎo)葉下環(huán)側(cè)的動(dòng)應(yīng)力峰值下降，使轉(zhuǎn)輪導(dǎo)葉的疲勞壽命增加，避免經(jīng)常對(duì)導(dǎo)葉進(jìn)行維修，此外，采用一段式開機(jī)方法，縮短了開機(jī)所用時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。
[0046]實(shí)施例三
[0047]如圖8所示，所述水輪機(jī)組的開機(jī)方法采用多段式開機(jī)方法，包括以下步驟:
[0048]SI導(dǎo)葉從全關(guān)以第一設(shè)定開啟速度開啟至設(shè)定比例的空載開度，具體地，導(dǎo)葉從全關(guān)以0.5空載開度/秒的速度開啟至3%空載開度。
[0049]S2保持該設(shè)定比例的空載開度，直至轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定比例的額定轉(zhuǎn)速；具體地，導(dǎo)葉保持該3%空載開度，直至轉(zhuǎn)速達(dá)到25%的額定轉(zhuǎn)速。
[0050]S3導(dǎo)葉再以第二設(shè)定開啟速度開啟至大于空載開度的導(dǎo)葉開度；具體地，導(dǎo)葉再以1.5%空載開度/秒速度開啟至103%空載開度。因?yàn)椴煌^下，水輪機(jī)組的導(dǎo)葉額定開度不同，如果調(diào)速器無法實(shí)現(xiàn)空載開度隨水頭變化而變化，則可采用預(yù)計(jì)的最大空載開度。
[0051]S4保持該導(dǎo)葉開度，直至導(dǎo)葉轉(zhuǎn)速上升至額定轉(zhuǎn)速的97%后并網(wǎng)。
[0052]該實(shí)施例中采用多段式開機(jī)方式，以使得機(jī)組轉(zhuǎn)速平穩(wěn)上升和操作、不致轉(zhuǎn)速超調(diào)過大，利于機(jī)組同期并網(wǎng)采用上述優(yōu)化過的水輪機(jī)組開機(jī)方法，使水輪機(jī)組的導(dǎo)葉下環(huán)側(cè)的動(dòng)應(yīng)力峰值下降，使轉(zhuǎn)輪導(dǎo)葉的疲勞壽命增加，能夠使水輪機(jī)組導(dǎo)葉的疲勞壽命增加兩倍，避免經(jīng)常對(duì)導(dǎo)葉進(jìn)行維修，
[0053]以上實(shí)施例僅為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。其具體結(jié)構(gòu)和尺寸可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種電站水輪機(jī)組的開機(jī)方法，其特征在于，該開機(jī)方法采用調(diào)速器進(jìn)行一段式或多段式開機(jī)；在導(dǎo)葉開啟過程中，導(dǎo)葉開度隨時(shí)間按設(shè)定開啟速率增長，使導(dǎo)葉開度與時(shí)間的比值呈線性斜率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電站水輪機(jī)組的開機(jī)方法，其特征在于， 開機(jī)過程中，導(dǎo)葉以設(shè)定開啟速率開啟至比空載開度大的設(shè)定開度；然后，隨著水輪機(jī)組導(dǎo)葉的轉(zhuǎn)速增加而降低導(dǎo)葉開度，當(dāng)水輪機(jī)組導(dǎo)葉達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)并網(wǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電站水輪機(jī)組的開機(jī)方法，其特征在于，導(dǎo)葉開啟的設(shè)定開啟速率為0.25%空載開度/秒，且所述設(shè)定開度為空載開度的1.3倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電站水輪機(jī)組的開機(jī)方法，其特征在于，降低導(dǎo)葉開度的方法為:當(dāng)導(dǎo)葉的轉(zhuǎn)速為45Hz時(shí)，導(dǎo)葉開度調(diào)整為空載開度1.2倍；在導(dǎo)葉轉(zhuǎn)速為47.5Hz后，導(dǎo)葉開度為空載開度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電站水輪機(jī)組的開機(jī)方法，其特征在于，所述水輪機(jī)組的開機(jī)方法采用一段式開機(jī)方法:導(dǎo)葉以設(shè)定開啟速率從全關(guān)開啟至設(shè)定轉(zhuǎn)速后并網(wǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電站水輪機(jī)組的開機(jī)方法，其特征在于，所述導(dǎo)葉的設(shè)定開啟速率為0.5%空載開度/秒，且導(dǎo)葉開啟至97%的額定轉(zhuǎn)速后并網(wǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電站水輪機(jī)組的開機(jī)方法，其特征在于，所述水輪機(jī)組的開機(jī)方法采用多段式開機(jī)方法，包括以下步驟: Si導(dǎo)葉從全關(guān)以第一設(shè)定開啟速度開啟至設(shè)定開度； S2保持該設(shè)定開度，直至轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速； S3導(dǎo)葉再以第二設(shè)定開啟速度開啟至大于空載開度的導(dǎo)葉開度； S4保持該導(dǎo)葉開度，直至導(dǎo)葉轉(zhuǎn)速上升至額定轉(zhuǎn)速的97%后并網(wǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電站水輪機(jī)組的開機(jī)方法，其特征在于，步驟SI中，導(dǎo)葉從全關(guān)以0.5空載開度/秒的速度開啟至3%空載開度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電站水輪機(jī)組的開機(jī)方法，其特征在于，步驟S2中，保持該3%空載開度，直至轉(zhuǎn)速達(dá)到25%的額定轉(zhuǎn)速。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電站水輪機(jī)組的開機(jī)方法，其特征在于，步驟S3中，導(dǎo)葉再以1.5%空載開度/秒速度開啟至103%空載開度。
【文檔編號(hào)】F03B15/04GK104500326SQ201410752180
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月9日
【發(fā)明者】龔登位, 賀臻, 吳偉, 紀(jì)正堂 申請(qǐng)人:華能瀾滄江水電有限公司