[发明专利]避免含超长引水明渠的水电站压力前池漏空的调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种解决具有超长无压引水明渠水电站压力前池漏空的调度策略，属于水利水电工程领域。

背景技术

随着水资源的开发利用，很多引水式水电站工程由于地形地质条件、施工条件等限制，不适合使用单一的有压管道引水，而常采用超长明渠结合有压管道的布置型式。在超长引水明渠的水电站中，通常设置压力前池，其作用为：平稳水头，分配水量，渲泄、拦截和排除污物、泥沙、浮冰等；并且前池须设立溢流堰，以降低机组甩负荷时前池的雍高水位。一般情况下，压力前池体积较小，所蓄水量较少，当机组增负荷时，由于无压非恒定渐变流波速传播慢，调节滞后，而机组的开启时间较快(通常30s以内)，渠首的流量无法及时传至前池供给机组发电，机组开启运行所需的流量只能由前池内的所蓄水量提供。因此前池会被拉空或低于规范要求的最低水位，导致机组无法安全稳定运行。根据超长明渠的规模，若要求前池能够满足机组正常开启并保证安全稳定运行，其体积须是传统设计尺寸的十几倍甚至几十倍，对于工程而言不易实现。

发明内容

发明目的：针对目前具有超长引水明渠的水电站一般前池体积较小，在机组开启时易发生明渠或前池拉空的问题，本发明旨在提供一种避免含超长引水明渠的水电站压力前池漏空的调度策略，并尽可能的减小弃水，提升电站运行的安全性和经济性。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明提供一种避免含超长引水明渠的水电站压力前池漏空的调度方法，是在超长引水明渠的进口处设有可调节流量的进水闸门，所述超长引水明渠的出口与压力前池连接，根据机组所引用的流量，提前开启闸门到机组引用流量所对应的开度，以保证明渠中的流量，避免因明渠调节滞后导致前池流量不足出现漏空；所述提前开启时间利用机组稳定运行时明渠首断面和末端面的流量、水位参数，进行计算。由于机组在闸门开启后等待一定的时间再开启，从而了避免因明渠调节滞后导致前池流量不足出现漏空的现象。

具体地，所述所述闸门提前开启时间(机组开启等待时间)T∈(t₁，t₁+t₂)

式中，1为渠首闸门至前池间明渠的长度，v₁、c₁为稳定运行时首断面的流速、波速，v_n、c_n为稳定运行时末断面的流速、波速，t₁为明渠表面波由渠首闸门传至前池的时间，t₂为经前池反射传播回渠首的时间。

具体地，若机组等待时间则可保证机组开机时前池水位满足安全稳定运行的要求；若机组等待时间则会造成压力前池水位低于前池控制标准，并进而拉空前池，无法保证电站机组正常安全稳定运行。

本发明的调度策略可以避免压力前池及引水明渠拉空。设于超长引水明渠的渠首进口处的闸门，不仅发挥传统意义上的检修及事故紧急关闭功能，还具有调节明渠引用流量的功能。无压引水明渠末端与压力前池连接。当机组增负荷时，根据机组所需的流量，将进水闸门开启到相应的开度，以增加渠道中的流量至机组正常运行所需的流量。由于不同类型闸门的过流特性均不同，闸门的过流量对应的水位及闸门开度可由闸门厂家提供。具体实施时，可建立机组不同引用流量与闸门开度的对应关系，输入控制系统，当机组引用流量变化时，闸门自动调节到对应的开度。

电站引在电站机组开启之前，上游闸门提前开启至机组所需流量对应的开度。由于不同引水明渠长度不同，水流到达前池的时间也不相同，因此渠首闸门提前开启的时间也不同，提前开启时间(即机组开启等待时间，下同)可以根据明渠渐变非恒定流表面波传播波速计算公式进行初步估算。由于各断面的水深、流量均不相同，渠首闸门提前开启的准确时间需要通过过渡过程数值模拟的大量试算才能得出。

通过推导的计算公式以及根据大量的试算结果呈现规律，提供一种确定上游闸门提前开启的时间的初估方法，解决含长引水电站明渠中，由于机组增负荷导致前池水位被拉空的问题。具体计算方式见实施方式。

利用特征线法解一维明渠非恒定流的圣维南方程组，有：

其中，前一断面水位、流量的变化，传至下一断面的时间后一断面水位、流量的变化，传至前一断面的时间