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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，<
/p>
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
< br>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<
/p>
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
< br>(ns)
统
计
法
有
：
为
相
对
升
速
时
间
，
τ
n=0.9-0.00063<
/p>
·
ns
。
可以看
出，
相对升速时间τ
n
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
< br>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<
/p>
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，
< br>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τ
n
较大，此时
tD>tM<
/p>
。
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
< br>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<
/p>
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=3
0%
，
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>e
qx=-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