斜流式水泵水轮机过渡过程特性的模型与原型试验成果

水泵水轮机的运行工况比较复杂,在水泵或水轮机起动、停机、突增突减负荷、断电源或甩负荷、水泵短路或水轮机飞逸等各种工况的动态过程中,将引起流态、水压、转速、流量、功率的复杂变化,由此引起压力脉动、水力振动、机械振动和各部件应力的变化。为了掌握过渡过程特性,确保机组安全、稳定运行,     

水电站的水力机械过渡过程(二)过渡过程中的水力机械工况和参数

一、水力机械的暂态工况和圆特性水力机械参数的改变对水电站和抽水蓄能电站的过渡过程有很大影响,这些水力机械参数有:决定压力管道水锤的流量;确定甩负荷时机组转速差的转轮力矩;并入电力系统运行时有功功率改变的速动性以及水轮机和水泵工况的机组起动时间。另一些参数也是重要的:转轮的轴向力;流道中不同地点的压力以及转轮桨叶和导叶上的作用力。众所周知,上述的水轮机参数取决于水轮机的工况,即水轮机的运动学的条件,它可写     

抽水蓄能电站首机初次水泵工况起动

抽水蓄能电站上水库无水源时,利用首机初次水泵工况起动给上水库充水是经济可行的。采用可控硅变频起动的抽水蓄能机组实现初次水泵工况起动时,对机组性能、起动试验和可控硅变频装置有一定的要求。纯抽水蓄能电站往往上库无水源,上库的水必须取自下水库,电站建成投产或上库放空后电站再投产时,第一台机组发电工况试验前须将上库水位升高到设计最低蓄水位以上,传统方式习惯于机组首次发电工况起动,利用辅助水泵从下水库向上库抽水。我国某抽水蓄能电站为满足初次发电工况起动要求泵水量约为920000m~3,不考虑渗漏,选用的辅助水泵抽水时间约1150h,为47.9天。如果采用首机初次水泵工况起动,用主机向上库充水,不考虑岩石渗漏水量和限止水位上升速度,充水时间仅43h,约1.8天。电站施工进度安排很紧,缩短抽水时间对保证电站按计划投产有很大意义,机组提前投产带来的直接和间接的经济效益也很显著。不仅首机投产而且每次上库放空后重新充水时都将受益。国内没有抽水蓄能电站机初次水泵工况起动给上库充水的实践经验,国外有这方面的工程报导,但没有详细的技术资料,本文将分析采用可控硅变频起动的抽水蓄能机组实施首机初次水泵工况起动可能存在的问题和应采取的措施。     

抽水蓄能电站首台机组首次起动方式的分析比较

针对抽水蓄能电站首台机组首次起动,是选择水轮机工况起动还是水泵工况起动,对两种工况的前提条件、试验顺序以及调试、继电保护方向校核、SFC拖动机组的机械安全问题等进行了技术经济性分析,最终认为水泵工况起动是抽水蓄能电站首台机组首次起动的首选方式.     

电站水泵工况比转速和比速系数的初步选择

文中在介绍了荒沟抽水蓄能电站水泵水轮机水泵工况比转速及比速系数初步选择的相关内容的基础上,经分析:同时综合考虑该电站工程投资、机组埋入深度对厂房开挖量的影响、水泵水轮机制造难度等多种因素,并在保证机组安全稳定运行的前提下,初步选择该电站水泵水轮机水泵工况的比转速范围为和相应的比速系数范围。     

大中型水轮机效率评估计算方法及其应用

水轮机的效率评估计算是水电站机组机型选择论证的主要内容。常规的算法一般是根据个别水文代表年和负荷设计水平年典型日的水轮机运行工况进行计算,有时甚至只是按电站水头和机组技术出力范围在已有的水轮机效率     

抽水蓄能电站泵工况断电飞逸过渡过程三维耦合数值研究

该文建立了某抽水蓄能电站包括引水系统、调压井、水泵水轮机组与尾水系统等部件的全过流系统几何模型。采用联合VOF两相流模型和单相流模型的三维耦合湍流计算方法对其泵工况断电飞逸过渡过程进行了数值研究,获得并分析了若干参数随时间的变化规律和不同时刻流场的演变过程,与电站原型试验资料进行了对比。结果表明:历程线模拟结果与试验结果吻合良好,基于耦合算法的三维湍流过渡过程研究方法具有较高精度。电站内外特性变化剧烈,相互影响,依次经历水泵、制动、水轮机和飞逸工况。转轮内大量的涡流在尾水管形成了强烈的顺时针螺旋形涡带,是飞逸工况机组低频压力脉动的主要原因。     

水泵水轮机在S特性区的流态及压力脉动研究

抽水蓄能机组的四象限特征曲线存在着S形曲线,抽水蓄能机组运行工况复杂,机组经常在多个工况之间转换,机组在水轮机和水泵状态之间频繁切换,都会穿越S形曲线。S特性可以导致水泵水轮机机组产生强烈的振动,使得机组并网困难,振动剧烈,甚至因压力超标严重影响电站的安全稳定运行。在业界的共同努力下,S形问题对工程投运影响已经得到了根本解决,但是S形问题的诱发机理并不十分清楚。因此该文以某模型水泵水轮机为研究对象,通过全流道非定常数值模拟和基于全特性试验的粒子图像测速法（particle image velocimetry,PIV）相结合,根据机组的运行特性,选取水泵水轮机三个开度下的13个工况点内部流动特性及压力脉动特性进行了研究。综合数值模拟及试验结果,获得空载工况,小流量工况及反水泵工况下无叶区漩涡的运动规律。分析了漩涡结构对无叶区压力脉动特性的影响。结果表明,空载工况对S特性区压力脉动幅频特性存在影响,空载工况与无叶区压力脉动存在必然联系。各工况点下无叶区压力脉动主频大部分工况为叶片通过频率,即9 f_n（f_n为转频）,部分工况受尾水管压力脉动影响主频...     

宝泉电站1号机组水泵工况抽水试验成功

2008年8月29日凌晨,宝泉电站1号机组水泵工况首次启动抽水成功,1号机组开始向上水库抽水。抽水蓄能机组启动方式有水轮机工况启动和水泵工况启动两种方式,水轮机工况启动需要上水库有天然来水,或采用外设供水设备向上水库充水,利用施工供水系统和/或厂内充水泵向上水库充水,     

水泵水轮机无叶区压力脉动产生机理研究

抽水蓄能电站厂房振动问题是影响电站及电网安全稳定运行的关键技术难题。本文首先介绍了水泵水轮机无叶区压力脉动的幅值和频率特性,总结出无叶区压力脉动幅值大于其它位置、水轮机工况无叶区压力脉动幅值大于水泵工况、水泵水轮机水轮机工况大于常规混流式水轮机等规律性特征,指出了无叶区压力脉动的主频为叶片通过频率。其次,本文应用自由涡环量等于常数原理,通过对水泵水轮机水轮机最优工况远离运行区、水轮机工况转轮叶片进口速度三角形、飞逸转速工况压力脉动幅值最大等问题的深入分析,提出了水泵水轮机水轮机工况无叶区高幅值压力脉动源自于转轮叶片进水边正面脱流产生的自由涡这一机理性认识。     

抽水蓄能电站首机首次水泵工况起动分析

结合白莲河抽水蓄能电站首机首次水泵工况起动需要,调查国内外有关情况,分析了上库无水时电站首机首次水泵工况起动的可行性,包括可逆机组的水泵工况特性,首次起动的水泵变工况分析,起动过程、技术措施和效果分析,指出有无初始扬程起动对机组和系统影响的关键在于对导水机构的有效控制,即导叶的打开方式和开起速度.结论认为,只要对导叶控制得当,并加强系统监控,有无初始扬程对首机首次水泵工况起动并非特别重要.     

日本三座电站发电机组采用的新技术

一、东南亚最大容量抽水蓄能发电站——今市水电站今市水电站3台主机中的1号机组已于1988年7月8日投入商业性运行. 日本东芝电气公司为该电站提供了水泵水轮机、发电电动机、水泵水轮机辅机、励磁装置、光触发可控硅起动装置和一套数字式主配电盘.水泵水轮机最大扬程573m,最     

溪洛渡水电站技术供水系统管道水锤特性分析

通过对溪洛渡电站主变技术供水系统在不同工况下离心泵事故停泵水锤的瞬态特性进行分析,模拟计算停泵水锤发生时管道及过流部件的压力变化,并分析管道阀门的关闭规律,得出水泵控制阀小阀板关闭时间大于3 s可有效消减停泵时管路中的水锤压力。多年实际运行工况表明,该系统满足设备安全稳定运行要求。     

水泵水轮机全特性曲线对过渡过程轨迹的影响

抽水蓄能电站的过渡过程是影响电站安全稳定运行的重要因素。在电站流道确定后,可逆式机组的全特性曲线成为决定电站过渡过程稳定性的关键。可研阶段定制转轮还未开发,需借用相近比转速电站的转轮全特性曲线用于过渡过程计算。由于对抽水蓄能电站建设不同阶段所用的转轮全特性曲线的对比分析不足,部分抽水蓄能电站投产后出现过渡过程运行稳定性问题,严重威胁其安全运行。为研究该问题,对国内一典型抽水蓄能电站在建设前期、运行期及改造期所用三个水泵水轮机转轮的全特性曲线进行了对比,分析了典型工况甩负荷后采用不同全特性曲线机组运行轨迹的差异及其与过渡过程稳定性的联系。研究结果证实了过渡过程稳定性与特性曲线形状直接相关,甩负荷后机组运行轨迹在特性曲线各区域的历经时间与过渡过程控制参数极值密切相关,特别是在制动区与反水泵区的历经时间,其值越大,过渡过程稳定性越好。水泵水轮机转轮全特性曲线确定后,也可通过优化导叶关闭规律的方法来进行调整机组运行轨迹,以提高过渡过程稳定性。研究表明,对抽水蓄能电站建设不同阶段采用的水泵水轮机转轮特性曲线进行系统的对比分析,对确保电站投运后的运行安全性很有必要。研究成果可为提高水泵水轮机转轮设计水平以及评判抽水蓄能电站的过渡过程稳定性提供有效参考。     

抽水蓄能电站中球阀协同导叶关闭的水力瞬变过程控制方式

为了降低抽水蓄能机组水轮机工况甩负荷时蜗壳压力上升值和压力脉动值,应用了球阀协同导叶关闭的流量控制方式。于2012年在蒲石河大型抽水蓄能电站,进行了水轮机工况甩负荷过渡过程球阀参与导叶控制方式的现场试验。针对这一流量控制方式,利用内特性法预测了在甩负荷过渡过程中各动态参数的瞬变规律,预测的机组转速上升最大值与试验值的相对误差为2.11%,预测的蜗壳压力上升最大值与试验值的相对误差为0.74%,从而验证了内特性方法的合理性;同时证明,只要合理地选择导叶与球阀的控制规律,即可显著改善水泵水轮机装置水轮机工况甩负荷过渡过程的动态品质,降低抽水蓄能电站引水系统的水压上升值。     

日本三座电站发电机组采用的新技术

正 一、东南亚最大容量抽水蓄能发电站——今市水电站今市水电站3台主机中的1号机组已于1988年7月8日投入商业性运行. 日本东芝电气公司为该电站提供了水泵水轮机、发电电动机、水泵水轮机辅机、励磁装置、光触发可控硅起动装置和一套数字式主配电盘.水泵水轮机最大扬程573m,最...     

水泵水轮机增减负荷过程三维流动特性大涡模拟分析

采用大涡模拟(LES)对水泵水轮机增减负荷过渡过程进行三维非定常数值模拟,捕捉到了不同开度下叶道中多种涡系结构,展示了叶道涡涡量分布,分析了水轮机工况及水泵工况小流量运行区的流动结构变化特性,揭示了水流进口攻角与叶道涡涡系结构关系,对各类叶道涡不同形态进行了研究并提出了马蹄涡识别变量,并对比分析了水轮机工况及水泵工况涡结构变化特性。计算表明水泵水轮机的水力稳定性与机组运行工况改变时的流动结构特性密切相关,在增减负荷过渡过程中,叶道涡结构的尺度及分布范围均随时间发生较大变化,是影响流态发生巨变的主要因素。     

混流式水轮机大负荷区压力脉动陡升问题研究

针对电站水轮机出现的大负荷区压力脉动陡增现象,通过电站模型和电站实测压力脉动实验结果,结合电站分步骤改型措施和对水轮机CFD结果分析认为,水轮机大负荷区压力脉动陡升问题与转轮叶片进口设计有直接关系,不理想的转轮叶片进口设计会导致水轮机在大负荷时叶片进口正面脱流,产生水轮机压力脉动陡升现象。在实际中可以通过改善水力和其它方法消除或减小水轮机压力脉动值,提高机组运行的安全稳定性。     

国际水电新闻

捷克和斯洛伐克正在修建德洛乌哈-斯特拉尼(Dlouhe Strane)地下抽水蓄能电站。该电站将安装2台机组,包括32.5万kW的水泵水轮机,其转速为428.6r/min,水头547m和32万kW的发电机。电站每昼夜将在水泵工况下运行5.23h,在水轮机工况下运行6.61h,调相运行2 h或3 h。电站年发电量9.98亿kW·h,水泵工况需电量14.32亿kW·h。电站主要设计者为捷水电设计院,工艺设备制造者为捷季米特洛夫工厂。     

初始运行工况对水泵水轮机飞逸过渡过程水力特性的影响

飞逸过渡过程是抽水蓄能电站可能发生的一类事故工况。此过程中水泵水轮机的转速、流量和压力大幅改变,转轮流态极易恶化,可能引发剧烈压力脉动和转轮受力失衡。水泵水轮机初始运行工况是飞逸过程的重要控制因素之一,但其对此过程中机组水力特性的影响尚不明确。本文用一维管道与三维水泵水轮机耦合的数值模拟研究了某模型抽水蓄能系统中水泵水轮机从两个不同初始运行工况发生飞逸过程时水力特性的差别。结果表明,相对于流动条件较好的额定工况,由流动条件较差的部分负荷工况开始的飞逸过程更容易引起水泵水轮机运行轨迹的剧烈跳动以及流道压力脉动和转轮径向水推力的幅值突增,原因是在此过程中更易形成转轮流动失稳,机理是过渡过程中的瞬时流态保留有相应初始工况的部分流动特征,即瞬时流态的演化存在迟滞效应。因此,在当前不断拓宽抽水蓄能机组运行范围以满足电网容量调节需求的背景下,应充分考虑初始运行工况对可能发生的飞逸过程的影响。