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

Лекции / Лекция 8 Энергетические характеристики ГЭС с одинаковыми агрегатами

.doc
Скачиваний:
49
Добавлен:
06.11.2017
Размер:
59.9 Кб
Скачать

Лекция №14

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЭС С ОДИНАКОВЫМИ АГРЕГАТАМИ

В случае одинаковых энергетических характеристик агрегатов распределение нагрузки или расхода ГЭС между включенными агрега­тами должно всегда происходить равномерно. Этот три­виальный вывод следует из анализа необходимых усло­вий оптимальности распределения нагрузки или расхода и одинаковости характеристики агрегатов.

На рис.1 дан пример построения энергетических характеристик ГЭС с тремя турбинами поворотно-ло­пастного типа. В условиях равномер­ного распределения нагрузки увеличение числа агрега­тов до двух означает необходимость умножения ординаты и абсциссы каждой точки характеристик ΔNа(Qa) и Qa(Nа) соответственно на 2. Для построения характеристики ГЭС с тремя работающими агрегатами ординату и абсцису каждой точки указанных характеристик нужно умножить на 3. Таким обра­зом, любой луч, проведенный из начала координат, дол­жен пересекать характеристики потерь и расходные для z=2 и z=3, в точках, ординаты и абсциссы которых пропорциональны между собой:

ΔNГЭС1 : ΔNГЭС2 : ΔNГЭС3 = NГЭС1 : NГЭС2 : NГЭС3 = 1 : 2 : 3

и QГЭС1 : QГЭС2 : QГЭС3 = NГЭС1 : NГЭС2 : NГЭС3 = 1 : 2 : 3.

Рабочая характеристика (ηГЭС(NГЭС)) одного агрегата при z=2 и z=3 будет перемещаться по горизонтали, т.е. при ηГЭС1= ηГЭС2= ηГЭС3, соответствующие им мощности будут относиться друг к другу как NГЭС1 : NГЭС2 : NГЭС3 = 1 : 2 : 3.

То же самое будет происходить и с характеристикой qудгэс (N). Отсюда очевиден вывод: при постоянном на­поре агрегатов максимальное значение к. п. д. при уве­личении числа работающих агрегатов не изменяется. Это означает, что луч, проведенный из начала коорди­нат через точку 2, где ηа=макс, должен касаться как ΔNГЭС(NГЭС1), так и характеристик потерь для z=2 и 3. То же самое можно сказать и про характеристики QГЭС(NГЭС).

Точка включения 2-го агрегата определяется как пересечение характеристики потерь для одного агрегата и характеристики потерь суммы двух агрегатов (первый + второй). Точно также переходим третий агрегат включается в точке пересечения характеристик потерь агрегатов 1+2 и 1+2+3. Решением задачи является то число включенных агрегатов, которое при заданном NГЭС обеспечивает минимум ΔNГЭС и максимум к. п. д. ГЭС. Для рис.1 от NГЭС =0 до точки a z°=1, от а до b z°=2 и затем z° = 3.

Вследствие того что ΔNГЭС(NГЭС) имеет в точках включения следующего агрегата излом, то qГЭС (N) в этих же точках изменяются скачкообразно (рис.1). Сами же характеристики qГЭСz (NГЭС) (z=1, 2, 3) переме­щаются, как и рабочие, при увеличении числа включен­ных агрегатов по горизонтали.

Отметим одну важную особенность рассмотренных характеристик: при увеличении числа включенных агре­гатов каждый последующий агрегат включается при большем к. п. д. Это объясняется значительным умень­шением пологости рабочих и расходных характеристик, а также характеристик потерь ГЭС. Отсюда следует, что угол наклона характеристики потерь или расходных ха­рактеристик к оси Nгэс при включении 2-го и 3-го агре­гатов уменьшается (к. п. д. растет). Следствием этого является уменьшение по абсолютному значению скачка на характеристике относительных приростов ГЭС при росте числа работающих агрегатов. Если соединить между собой все верхние и нижние точки зависимости qГЭС (Nгэс), то полученные кривые АВ и CD должны при правильном их построении сближаться друг с другом по мере увеличения NГЭС.

Рассмотренная картина будет иметь место при оптимальном по ΔNГЭС или ηГЭС включении агрегатов.

На рис. 2 представлен случай, когда оптимальное включение невозможно из-за ограничений по Naмакс. Включение 2-го и 3-го агрегатов здесь происходит не в точках а и b, а левее их при Naмакс и 2Naмакс.

Следствием этого являются скачки на характеристиках потерь мощности, кпд, расходов и удельных расходов в точках включения 2-го и 3-го агрегатов. Характеристика относительных приростов ГЭС в этих же точках имеет «столбообразное» изменение qгэс. Величина qгэс в точках включения агрегатов с ростом z будет уменьшаться в связи с уменьшением абсолютного значения скачков на характеристике потерь мощности.

Естественно, что построенные энергетические характеристики ГЭС должны быть полностью согласованы друг с другом. Проверку этого нетрудно выполнить-с использованием особых режимных точек.

Метод нахождения точек включения агрегатов, представленный на рис.1 эффективен лишь для малоагрегатных ГЭС. Если рассматриваются многоагрегатные ГЭС, то уже при z>5,6 нахождение точек включения на суммарных характеристиках ГЭС в графическом виде весьма неточно и просто неудобно, так как это требует использования больших размеров чертежей.

В этом случае .лучше находить точки включения агрегатов на основе следующих соображений. В точке перехода от z к (z + 1)-му агрегату Nгэс остается неизменной, изменяется лишь нагрузка каждого агрегата в отдельности,

т. е.

Величины Nаz и Nа(z+1) на основе (6.62) находятся в следующем соотношении друг с другом:

т. е. при росте числа включенных агрегатов нагрузка их будет уменьшаться по сравнению с нагрузкой агрегатов до включения следующего агрегата. Так, при z=l Na2==0,5 Nа1, при z=2 Na3=2/З Na2, при z=3 Na4=3/4Na3; и т. д. Использование соотношения (6.62) позволяет находить точки включения агрегатов с помощью рабочей характеристики одного агрегата. Для этого необходимо лишь перестроить ηа(z+1) при z=1 в новые кривые, связывающие собой. Nа(z+1) c Nаz с учетом (6.62). Точки пересечения их с рабочей характеристикой одного агрегата и определят собой или Nа(z+1), или zaz в точках перехода от одного числа агрегатов к другому (рис. 3).

Точно так же можно найти координаты точек включения агрегатов и по характеристике потерь.

Рассмотрим теперь общий вид основных энергетических характеристик ГЭС с одинаковыми агрегатами для нескольких значений напоров: НрN; H1 - минимальный напор ГЭС и Н2 - максимальный напор.

При уменьшении напоров рабочие характеристики агрегатов, как правило, сдвигаются по величине ηамакс в сторону его уменьшения в зону меньших нагрузок. Следствием этого является то, что без учета ограничений режима координаты точек включения агрегатов при: уменьшении напора также перемещаются в зону меньших значений Nгэс (рис. 4). Линии включения при этом на расходной характеристике должны быть гладкими вогнутыми кривыми (рис.5а).

Энергетические характеристики ГЭС для случая, когда агрегаты включаются неоптимально по к. п. д. или по характеристике потерь мощности по условиям ограничений режима агрегатов, будут иметь несколько иной вид.

В качестве примера на рис.5б показано, как изменятся основные характеристики ГЭС, если включение следующего агрегата происходит при больших напорах из-за предельной мощности генератора, на малых — из-за связанной по напору мощности турбины. В этом случае включение следующего (z+l)-гo агрегата происходит не по линии 00, а по abсd, состоящей из кусков линий ограничений по генератору (ab), оптимального включения (bс) и ограничения по турбине (cd).

Более наглядно полученные результаты расчетов по поиску z° представляются на эксплуатационных характеристиках вида ηгэс=ηгэса, Nгэс) или ηгэс=ηгэса, Qгэс)

На рис. 6,а показано, как получить линию оптимального перехода от одного к двум агрегатам при изменениях Hа и Nrac. Для этого следует ординаты изолиний к. п. д. для z=1 (точки 1—7 на рис. 6,а) умножить на 2. В результате будут получены изолинии к. п. д. при работе двух агрегатов (точки 1'—7' на рис. 6,а). Пересечение изолиний к. п. д. и определит точки перехода от z°=l к 2°=2. На рис.6,б показан общий вид линии оптимального перехода от z°=l к z°=2 при включении второго агрегата из-за ограничений по генератору и турбине (линия abсd).

Общий вид эксплуатационных характеристик ГЭС с тремя одинаковыми агрегатами показан в координатах НN (рис. 6,а) и НQ (рис. 6.б).

Потери мощности в водоподводящих сооружениях ГЭС можно учесть путем внесения поправок в энергетические характеристики станции при Н=соnst. Для этого следует вначале получить характеристики всех потерь для разного числа включенных агрегатов (путем их суммирования при NГЭС=const) и затем по ним определить точки включения агрегатов (рис.7).

Для учета изменения zHБ(QГЭС) при Qx.с6p=0 и zВБ =const (НподГЭС=const) можно воспользоваться следующим алгоритмом для плотинной русловой ГЭС, где

Наi≈HГЭС и ΔNвод→0.

При zBБ=const величина На(NГЭС) может быть найдена при использовании расходных характеристик ГЭС или ΔNГЭС(NГЭС).

При QГЭС = 0 величина На = НподГЭС. Тогда, задаваясь QГЭС = A, найдем по zНБ(Qнб) величину zНБ(А), а следовательно, и На(А). На расходной характеристике ГЭС определяем два значения напоров, между которыми находится На(А). Тогда с учетом формулы линейной интерполяции можно найти Nгэс(zВБ, А)

г де

Рассмотрев весь возможный диапазон QГЭС, построим QГЭС (Nгэс, zВБ). Точки перехода от z к (z+l)-мy агрегату на рис.4 определятся как пересечение QГЭС(Nгэс, zВБ) с линиями перехода на QГЭС (Nгэс, На).

При наличии холостых сбросов расчет QГЭС(Nгэс, zВБ) аналогичен рассмотренному алгоритму, но к QГЭС следует добавить Qx.c6p для расчета zНБ. Учет Qx.c6p наиболее удобен при наличии напорных характеристик ГЭС. Расходные и другие характеристики ГЭС с учетом в них Qx.c6p, как правило, не строятся.

Расходные характеристики ГЭС, построенные для zминВБ = const и zмаксВБ = const, обычно наносятся на эксплуатационные характеристики ГЭС и служат верхней и нижней границей предельных режимов работы ГЭС по напору и мощности (рис. 6).

Если режимы ГЭС ограничены по каким-либо условиям для малых нагрузок, то при учете в целом всех рассмотренных ограничений на эксплуатационной характеристике получается зона допустимых режимов работы ГЭС (рис. 6).

4