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摘要
我国较多的中小水电站都采用了灯泡贯流式机组的型式，这类机组具有水流惯性时间常数大、机组惯性时间常数小以及导桨叶双调节的特点，甩负荷过程中导桨叶处于非协联状态，特性更复杂，控制难度更大。特别是对于很多中小水电机组，汛期常因雷击造成机组甩负荷，需要较快的稳定带厂用电运行，给甩负荷过渡过程的控制提出了更高要求。建立了灯泡贯流式水轮机甩负荷过渡过程非线性模型，采用定桨特性曲线模拟水轮机特性，采用特征线法求解有压非恒定流方程，引入了调速器方程，实现了对甩负荷过渡过程的精确仿真。对实际灯泡贯流式机组甩负荷过渡过程进行了仿真计算：最大水头下机组最大转速上升值大于额定水头下机组最大转速上升值；最大水头下导叶前压力最大值大于额定水头下导叶前压力最大值；额定水头下尾水管进口最小压力值小于最大水头下尾水管进口最小压力值；额定水头下机组转速控制的超调量更大；各工况下在甩负荷初始阶段均出现明显的负水锤特征；甩75%额定负荷下机组转速最大值大于甩100%额定负荷下的值；甩75%额定负荷下导叶前最大压力值与甩100%额定负荷下的接近；甩100%额定负荷下尾水管进口最小压力值最小。通过本文的研究表明：对于灯泡贯流式水轮机，由于机组转动惯量小且水轮机等开度线向右倾斜，在甩负荷初始阶段出现明显的负水锤特征，造成导叶前压力降低、尾水管进口压力升高；相比最大水头工况，相同控制参数下额定水头工况机组转速超调量更大；由于水轮机飞逸特性受导叶和桨叶开度的双重影响，机组转速上升最大值并不一定发生在额定水头甩100%额定负荷工况，而有可能发生在最大水头甩部分负荷工况。研究成果对灯泡贯流式水轮机设计及运行维护具有指导意义。
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单位湖南五凌电力科技有限公司; 哈尔滨电机厂有限责任公司
