水轮发电机甩负荷定义

水轮机甩负荷定义

中文名称：

甩负荷

英文名称：

load rejection

定义：

机组在运行中突然失去负荷。由于导叶来不及迅速关闭，导致机组的转速与蜗壳压力升高，而尾水管的压力则降低或真空度加大。应用学科：

电力（一级学科）；水力机械及辅助设备（二级学科）

以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布

甩负荷的英语对应翻译为：load shedding 甩负荷分为两种，一种是主动甩负荷：当电网提供的有功大大小于系统需要的有功，主动甩掉部分不重要的负荷，提高电网供电质量。一种是故障甩负荷，发生这种事故的原因除了电网不正常之外，发电机的主开关跳闸、汽机主汽门脱扣等都是引起该事故的原因。当电站突然甩去大量负荷时，二回路蒸汽流量急剧下降，使一回路冷却剂温度及压力迅速上升。这就是甩负荷事故。

在水电站中甩负荷是一种常见的现象。水轮发电机组发生甩负荷后，巨大的剩余能量使机组转速上升很快，调速器迅速关闭导叶，并

经过一段时间的调整，重新稳定在空载工况下运行。在甩负荷过程中，除了调节保证计算所关心的最大转速上升值和最大水击压力上升值外，还要对甩负荷动态过程品质指标的优劣进行考核。

1.1、转速上升时间:机组甩100%额定负荷后，由于剩余能量巨大，转速上升很快。正常情况下，调速器以最大速度关闭导叶到零开度，转速上升时间tM=tc+tn，其中：tc为调速器迟滞时间，取决于调速器的死区大小、机组转速的上升速率以及运行工况等，调速器在非限制条件下，tc一般大约在0.2s～0.3s。tn为调保计算中的升速时间，被定义为自导叶开始动作到最大转速所经历的时间。升速时间tn取决于水轮机主动力矩和机组惯性力矩之比，即与机组特性有关。采用比转速(ns)统计法有：为相对升速时间，τn=0.9-0.00063·ns。可以看出，相对升速时间τn随比转速的增加而减少，即低比转速、高水头水轮机相对升速时间大，高比转速、低水头水轮机相对升速时间小。T′s为导叶直线关闭时间。由于迟滞时间tc较升速时间tn 小得多，一般情况下，可将转速上升时间tm等同于调保计算中的升速时间tn看待。根据统计资料大多机组的tm=(2～6)s 。

1.2、转速下降时间(tD) 它表示机组甩负荷后，导叶直线关闭到零并一直保持到零开度(相当于机组紧急停机)情况下，自最高转速下降到空载转速区域为止的时间，或称为最快转速下降时间。在最高转速之前，机组处于水轮机工况，之后，进入制动和反水泵工况，转轮区的水起阻力作用，再加上机械摩擦阻力矩及电磁阻力矩等，机组转

速开始下降。转速下降时间tD大小取决于水轮机阻力矩和机组惯性力矩之比。当水轮机力矩特性近似为线性时，水力降速阻力矩与升速主动力矩基本对称(如一些可逆式水泵水轮机)，并且导叶关闭不受限制时，tD≈tM。但由于导叶开度只能关闭到零位，水对转轮的阻力作用受到限制，转速下降减缓，因此tD>tM。对于低水头、大流量、高比速的水轮机，空载开度较大，在甩负荷过程中，水力升速主动力矩作用时间缩短，水力降速阻力矩作用时间延长。同时由于机组尺寸大、机械摩擦阻力矩亦较大。因而，相对升速时间较小。相反，对于高水头、小流量、低比速的水轮机，空载开度较小，水力降速阻力矩作用时间远小于升速主动力矩作用时间，再加上尺寸小、机械摩擦阻力矩较小，相对升速时间τn较大，此时tD>tM。由于转速进入大波动范围，主配压阀限幅限制了主接力器的关闭与开启速度，主接力器限幅限制了调速器对水轮机的控制能力的发挥等等。可把甩负荷过程划分为大波动和小波动两个阶段分别对待。大波动过渡过程阶段(转速上升时间tM和转速下降时间tD时段内)与调节保证计算结果有关，而与调速器的调节控制性能无关，这一阶段只要求调速器能正常关闭和开启。转速从大波动到小波动的过渡阶段、以及进入到小波动阶段，甩负荷过程的动态品质才取决于调速器的调节控制性能。

1.3、转速调整时间(tR) 转速调整时间tR是指转速以最快速率第一次下降到进入空载区域开始到最终进入空载稳定区域所经历的时间。理想情况是当转速以最快速度下降到空载转速区域时，迅速打开导叶到空载开度，使转速不再超出空载稳定区域，此时tR=0。但是，导

叶从全关位置打开到空载开度需要一定的时间，在导叶打开的过程中，转速将继续下降，转速必然存在超调现象，即nmin/nr<1，并随着打开时间越长，超调量越大。实际上可能达到的最佳情况是当转速下降到接近空载转速时，提前以设定的最大速度即以最短时间打开导叶，并在导叶开到空载开度时，转速也正好进入空载转速区域。此时，nmin/nr≈1，转速调整时间tR最小。如果调速器的调节控制性能不佳，或调节参数选择不当，导叶过晚打开或打开速度较慢，超调量很大；导叶过早打开，甚至在机组甩负荷后导叶就根本不能关到零，转速下降速度缓慢，转速调整时间tR势必延长。

2、甩负荷过程的分析水轮机调节系统甩负荷过程，一般用r(s)表示调速器功能模块，Gt(s)+Gg(s)为调节对象(水轮发电机组)功能模块。调速器中的各环节采用非线性模型，其中：bp=6.0%，第一级液压放大时间常数Tyb=0.01s，第二级液压放大时间常数Ty=0.1s，空载开度Ty=30%，直线关闭时间T′s=4.0s。在调节对象功能模块中，水轮机为混流式线性模型、引水系统为单元引水刚性水击模型、发电机为单机电网模型，其参数分别为：eg=0，ey=1.0,ex=-1.0，eh=1.5，eqy=1.0，G=EN-US>eqx=-01，eqh=0.5，Tw=1.0s，Ta=5.0s。 2.1、调速器特性对甩负荷过渡过程影响机组甩100%额定负荷。辅助接力器型和电子调节器型在对应等效的调节参数情况下，其甩负荷过程曲线形态接近，说明并联结构与串联结构控制效果相差不大。从调节参数的影响看，随着调节参数bt、Td 增大，机组开度开启时刻提前，且开启速度放慢，调整时间tR延长，

超调量减小。对于转速有超调而未超出空载转速的规定偏差范围，调整时间tR可能缩短。微分时间Tn减小，机组开度开启时刻推后，且开启速度放慢，导致超调增大。从控制方式看，开度给定只从调差环节输入与开度给定从调差环节和软反馈同时输入相比较，在相同的调节参数情况下，后者机组开度会关的更小，能使转速更快下降，而且过渡过程受调节参数的变化影响较小，均存在一定的超调。

2.2、调节对象特性对甩负荷过渡过程影响:采用辅助接力器型调速器。一般取Tw=1.0s、1.5s、2.0s，相应的取Ta=5·Tw，T′s=4·Tw，bt=3·Tw/Ta，Td=2·Tw,Tn=1·Tw。从结果中可以看出，最大的转速上升值0.40、最大压力上升值0.36保持不变，最小值也保持不变，各特征点值发生的时间与Tw的大小成比例。在电站设计中，当水流惯性时间常数Tw确定后，根据水击压力上升允许值可计算出导叶直线关闭时间T′s。当T′s选定后，根据转速上升允许值可计算出机组惯性时间常数Ta，并按推荐公式求出调节参数。水流惯性时间常数Tw不但集中体现了调节对象特性，而且最佳调节参数也取决水流惯性时间常数Tw，所以，Tw决定了水轮机调节系统的动态过程形态和调节时间的长短。

2.3、线性与非线性水轮机模型对机组甩负荷结果的影响采用非线性水轮机的力矩特性M′与流量特性Q′，和线性水轮机。此时，引水系统采用单元引水弹性水击。可以看出，线性与非线性水轮机甩负荷过程曲线存在一定的差异，主要表现在以下两方面：二者转速峰值发