本发明涉及抽水蓄能电站领域，尤其涉及一种解决水泵水轮机尾水管负压问题的抽水蓄能电站过渡过程机组尾水管正压保证系统和方法。
背景技术：
目前抽水蓄能电站水泵水轮机普遍存在有尾水管负压过低而难以解决的问题。因为抽水蓄能电站一般容量较大，机组台数较多，水头/扬程较高，为节省工程投资，往往是几台机共用一个水道系统，造成输水系统较复杂，同时电站送出回路较少，电气主接线难以避开与水道系统相交的接线方式，因此水力过渡过程工况多，尤其是转轮特性普遍存在“s”区，造成部分甩负荷工况尾水管压力异常低而又无法避免的情况，对抽水蓄能电站而言，转轮的淹没深度较深，如甩负荷后尾水管出现负压，可能会造成水柱断裂，引起反水锤抬机，造成不堪设想的后果。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种可以有效避免尾水管产生负压的机组尾水管正压保证系统和方法，从而解决现有技术中存在的前述问题，本发明同时还可以破坏水轮机工况下有可能形成的有害涡带，有利于机组稳定运行。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种抽水蓄能电站过渡过程机组尾水管正压保证系统，包括水泵水轮机转轮室和尾水锥管，水泵水轮机的顶盖上靠近机组中心的位置或者所述尾水锥管顶部开设有口径为φ350-φ450的孔，所述孔上连接有补水管道，所述补水管道的另一端与全厂低压供水总管连接，所述补水管道上自与所述全厂低压供水总管连接处顺补水水流方向依次设置有第一手动阀、止回阀和第二手动阀；所述全厂低压供水总管上自与所述补水管道连接处逆水流方向依次设置有压力波预止阀和补气阀。
优选的，所述全厂低压供水总管的水源取自电站下库或机组尾水闸门后，所述全厂低压供水总管上设有两个以上用于从水源取水的取水口，所述全厂低压供水总管的管径为dn350～dn500。
优选的，所述补水管道上的所述第一手动阀和所述止回阀之间的管道上还设置有自动操作阀。
优选的，所述自动操作阀选用电动阀或液压操作阀。
优选的，所述水泵水轮机的顶盖上靠近机组中心的位置或者所述尾水锥管顶部开设的孔的口径为φ350左右。
优选的，所述全厂低压供水总管上连接有多个所述补水管道，每个所述补水管道连接到一个所述孔上。
优选的，所述孔首选开设在所述尾水锥管顶部。
优选的，所述补水管道的管径为dn350～dn450；所述止回阀选用启闭速度快且止回效果好的微阻缓闭阀；所述压力波预止阀的泄水通道与集水井连接。
优选的，所述压力波预止阀选用口径为dn100的压力波预止阀，所述补气阀选用口径为dn100的补气阀。
一种应用所述的抽水蓄能电站过渡过程机组尾水管正压保证系统实现机组尾水管正压保证的方法，包括以下步骤：
机组在水轮机工况运行时或非水轮机工况时，当尾水管压力低于补水管道内的压力时，压力水自全厂低压供水总管经补水管道自动从水泵水轮顶盖开孔进入转轮室直下尾水管或者直接由尾水锥管顶部开孔进入尾水管，保证尾水管在任何情况下压力不会出现负值；当机组尾水管压力高于补水管道内压力时，止回阀起到单向阀的作用，防止尾水管内的压力水传至全厂低压供水总管内；
当补水管道上的所述第一手动阀和所述止回阀之间的管道上设置有自动操作阀时，水轮机工况时所述自动操作阀开启，非水轮机工况时所述自动操作阀关闭。
本发明的有益效果是：
本发明能很好地解决抽水蓄能电站过渡过程机组尾水管压力过低的问题，保证电站安全，同时也能破坏水泵水轮机正常运行时尾水管所产生的有害涡带，对水轮机工况的运行稳定起到较好的作用。本发明设计方案简单明了，投资较省，经济实用。解决了多年来困扰行业的技术问题，避免了机组甩负荷后采用水泵水轮机进水球阀进行关机的非常措施，保证了电站安全。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
其中：1---补水管道；2---第二手动阀；3---止回阀；4---自动操作阀；5---第一手动阀；6---全厂低压供水总管；7---压力波预止阀；8---补气阀。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如附图1所示，本发明公开了一种抽水蓄能电站过渡过程机组尾水管正压保证系统，包括水泵水轮机转轮室和尾水锥管，水泵水轮机的顶盖上靠近机组中心的位置或者所述尾水锥管顶部开设有口径为φ350-φ450的孔，所述孔上连接有补水管道，所述补水管道的另一端与全厂低压供水总管连接，所述补水管道上自与所述全厂低压供水总管连接处顺补水水流方向依次设置有第一手动阀、止回阀和第二手动阀；所述全厂低压供水总管上自与所述补水管道连接处逆水流方向依次设置有压力波预止阀和补气阀。所述全厂低压供水总管的水源取自电站下库或机组尾水闸门后，所述全厂低压供水总管上设有两个以上用于从水源取水的取水口，所述全厂低压供水总管的管径为dn350～dn500。所述补水管道上的所述第一手动阀和所述止回阀之间的管道上还设置有自动操作阀。所述自动操作阀选用电动阀或液压操作阀。所述水泵水轮机的顶盖上靠近机组中心的位置或者所述尾水锥管顶部开设的孔的口径优选为φ350左右。所述全厂低压供水总管上连接有多个所述补水管道，每个所述补水管道连接到一个所述孔上。所述孔首选开设在所述尾水锥管顶部。所述补水管道的管径为dn350～dn450；所述止回阀选用启闭速度快且止回效果好的微阻缓闭阀；所述压力波预止阀的泄水通道与集水井连接。所述压力波预止阀选用口径为dn100的压力波预止阀，所述补气阀选用口径为dn100的补气阀。
一种应用所述的抽水蓄能电站过渡过程机组尾水管正压保证系统实现机组尾水管正压保证的方法，包括以下步骤：
机组在水轮机工况运行时或非水轮机工况时，当尾水管压力低于补水管道内的压力时，压力水自全厂低压供水总管经补水管道自动从水泵水轮顶盖开孔进入转轮室直下尾水管或者直接由尾水锥管顶部开孔进入尾水管，保证尾水管在任何情况下压力不会出现负值；当机组尾水管压力高于补水管道内压力时，止回阀起到单向阀的作用，防止尾水管内的压力水传至全厂低压供水总管内；
当补水管道上的所述第一手动阀和所述止回阀之间的管道上设置有自动操作阀时，水轮机工况时所述自动操作阀开启，非水轮机工况时所述自动操作阀关闭。
本发明目的在于利用最简单的经济实用的自动补水办法解决困扰行业多年的技术问题，从而保证电站安全。为了解决此技术问题，本发明采用的技术方案如下：
自动补水方案包括止回阀、自动操作阀、压力波预止阀(安全阀)、补气阀、手动阀、补水管道等。压力水直接由电站全厂低压供水总管系统供给，在全厂低压供水总管上布置必要的压力波预止阀(安全阀)、补气阀。自动操作阀、止回阀等针对每台机单独配置。在水泵水轮机顶盖上靠近机组中心的位置或尾水锥管顶部开设一个口径φ350-φ450左右的孔，将压力水引入。当尾水管内压力低于全厂低压供水总管内的压力时，压力水通过补水管道自动从水泵水轮顶盖进入转轮室直下尾水管，或直接由尾水管锥管顶部开孔进入尾水管，保证尾水管在任何情况下压力不会出现负值。压力水源为全厂低压供水总管，全厂低压供水总管的水源来自电站下库或机组尾水闸门后，且全厂有两个以上的取水口，水源可靠，其压力与转轮淹没深度基本相同，且管径一般在dn350～dn500，完全可给尾水管系统提供必需的压力水源。本发明中的止回阀起到单向阀的作用，当机组尾水管内压力高于全厂低压供水总管压力时，防止压力传至全厂低压供水总管。自动操作阀保证只有在水轮机工况时补水管道才投入工作，在水泵工况时补水管道不工作。如调保计算的水泵工况断电尾水压力也难以过关时，此阀也可以不设，保证不管何种工况出现低压现象，压力水均能进入尾水管破坏真空，保证水柱不发生断裂。补水管道将压力水引入尾水管。
本发明的方法，步骤如下：当机组在水轮机工况运行时，自动操作阀打开，当尾水管内压力低于全厂低压供水总管内的压力时，通过止回阀向尾水管自动补水，保证尾水管压力不致过低。
本发明能很好地解决尾水管内压力过低的问题，保证电站安全，同时也能破坏水泵水轮机正常运行时尾水管所产生的有害涡带，对水轮机工况的运行稳定起到较好的作用。
以下通过具体实施例详细说明本发明：
1.设备选型
(1)用水量估计：
因水量不受任何限制，源源不断，不需考虑水量问题，且供水时间较短，不影响电站低压供水系统的其它用户。
供水流量q＝v*s＝μ*sqrt(2gh)*(3.14/4*dn^2)
v---速度(m/s)，s---管道过流面积(m2)，μ--流量系数，取0.8，h--静压(m)，g---重力加速度，dn—管径(m)
(2)管径选择：
补水管道管径一般设为dn350-dn450。
(3)自动操作阀的选择
自动操作阀可以是电动阀也可采用液压操作阀。
(4)止回阀的选择
为补水顺利，且防止低压供水系统产生水锤，选用启闭速度快且止回效果好的微阻缓闭阀。
(5)压力波预止阀(安全阀)
因给水与断水均是缓慢进行的，不会突变，水锤不会过大。但为防止万一在低压供水系统产生水锤，则除在全厂低压供水总管上加装补气阀外，还需加装压力波预止阀(安全阀)，其泄水直接排入集水井，口径dn100左右即可，配置个数可根据低压供水管布置情况确定，也不影响排水系统安全。
(6)补气阀
为防止低压供水出现负压，可布置补气阀，口径dn100左右，配置个数可根据低压供水管布置情况确定。
2.系统图设计
从全厂低压供水总管取水经手动阀、自动操作阀、止回阀、手动阀进入尾水管锥管顶部。
3.设备布置
根据电站情况进行布置，为检修方便，需在管路上增加必要的检修阀。管路系统布置无特殊要求。
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：
本发明能很好地解决抽水蓄能电站过渡过程机组尾水管压力过低的问题，保证电站安全，同时也能破坏水泵水轮机正常运行时尾水管所产生的有害涡带，对水轮机工况的运行稳定起到较好的作用。本发明设计方案简单明了，投资较省，经济实用。解决了多年来困扰行业的技术问题，避免了机组甩负荷后采用水泵水轮机进水球阀进行关机的非常措施，保证了电站安全。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。