白鹤滩水电站输水发电系统水力干扰稳定性分析

由于白鹤滩水电站单机容量巨大,机组运行水头变幅大,且尾水隧洞流态复杂多样,因而水力干扰过渡过程的分析与控制是保障系统安全稳定运行的重要前提。基于有压输水系统特征线法,引入明渠水流分析的特征隐式格式,推导得到尾水隧洞明满流计算分析模型,同时考虑调速器频率调节模式,构建了输水发电系统稳定性分析和调控模型,对白鹤滩水电站输水发电系统水力干扰稳定性进行了分析。结果表明:考虑尾水系统多流态特性的白鹤滩水电站输水发电系统水力干扰过渡过程是稳定的；随着机组运行水头的增大,尾水系统由全线有压状态过渡到明满流和明流流态,有压段长度缩短,尾水调压室水位和尾水系统动态过程的衰减加速,有利于改善受扰机组的调节品质；两种不同的机组型号均能满足输水发电系统水力干扰稳定性要求,且受扰机组调节品质基本一致。     

复杂输水发电系统尾水隧洞明满流对水力过渡过程的影响

为研究输水发电系统中明满流尾水系统的水力特性及其适用性,基于特征线法和特征隐式格式法建立水电站输水发电系统过渡过程分析模型,比较分析了明满流与全有压流两类尾水系统的水力特性以及尾水系统明满流过渡过程对输水发电系统瞬态参数和机组调节品质的影响。结果表明:在尾水隧洞全有压和明满流条件下,机组调节保证计算参数的控制值偏差较小,明满流尾水系统对应的尾水管进口最小内水压力相对较大;考虑明满流尾水系统的机组调节品质优于有压流尾水系统,且无明显的高频振荡叠加现象。     

构皮滩输水系统小波动特性及稳定对策研究

水电站调压室结构体型对流道流态和水力损失影响明显,也影响到电站的安全稳定性。通过对构皮滩机组及调压室在不同调节参数下的波动特性进行数字分析研究,提出了机组及调压室的调节稳定区域和小波动稳定对策,从动态特性品质及稳定要求出发,给出了不同水头及不同尾水系统水力损失下的调速器优化参数,就尾水系统水力损失对稳定域的敏感性进行了分析,并提出了最优化的运行方式。     

水电站水力过渡过程数值仿真的理论与实践

系统地介绍了水电站水力过渡过程数字仿真的基本理论和计算方法,过渡过程的起因和研究内容,并用多个水工模型试验测量的调压室水位、管道水锤压力及其压力过程线资料验证了计算方法及参数选择的合理性.利用CTD技术得到了调压室内的水流流态、三维流速分布以及调压室水位波动的动态演示.该数字模型已用于多个电站引、尾水系统的水力过渡过程计算,得到的调压室最高/最低涌浪水位、蜗壳及岔管断面最大/最小水锤压力、机组最大飞车转速以及它们的变化过程线,引水隧洞最大/最小内水压力包络线、小波动和水力干扰下的发电频率摆动、机组稳定性分析等成果,为工程设计提供了重要依据.     

白鹤滩水电站尾水洞明满流段优化试验研究

白鹤滩水电站尾水隧洞末端部分洞段由导流洞改建而成,尾水位较低时,存在明满流现象,对输水系统安全有重要影响。本文采用模型试验方法,对明满流段的流态及体型优化进行研究。结果表明:过渡过程中,尾水洞内正反向水流相叠加,产生水面涌波,触顶后形成眀满流,并伴随压力脉动现象。脉动压力的极值远小于隧洞衬砌压力的设计值73.5 m,对尾水隧洞衬砌段结构影响较小。结构优化研究表明在尾水隧洞出口设置逆坡堰及优化衔接段坡度,可有效改善明满流流态。     

向家坝水电站右岸变顶高尾水洞的水力计算

向家坝水电站尾水下接金沙江，江水位变幅大，尾水隧洞选用变顶高尾水洞方案时可不建尾水调压室，但洞内压力和明满交界面会随水流过渡过程变化。经建立包含引水系统、机组和调速器在内的计算机仿真程序的水力过渡过程计算表明，变顶高尾水隧洞方案在明满交替流工况下，未产生气囊，洞顶内水压力变幅不大，对机组没有产生不利影响，电站调节系统能满足大、小波动稳定的要求。     

基于Hopf分岔的变顶高尾水洞水电站水轮机调节系统稳定性研究

运用Hopf分岔理论对变顶高尾水洞水电站水轮机调节系统的稳定性进行研究。首先建立水轮机调节系统非线性数学模型,其中改进的引水系统动力方程可更准确描述变顶高尾水洞明满流分界面运动特性,据此模型进行非线性动力系统Hopf分岔的存在性、分岔方向等的分析,推导得到系统发生Hopf分岔的代数判据;然后利用代数判据绘制了系统的稳定域,并分析了系统在不同状态参数下的稳定特性;最后利用稳定域分析了变顶高尾水洞在机组负荷调整下的稳定性工作原理。结果表明:变顶高尾水洞水电站水轮机调节系统的Hopf分岔是超临界的;明满流引起的水流惯性变化在机组减负荷时对系统的稳定性有利、增负荷时对系统的稳定性不利,明流段水位波动的作用对于系统的稳定性在增、减负荷下都是有利的。     

尾水洞出现明满流的水电站小波动稳定性分析

针对尾水位变幅较大的水电站尾水洞出口段常出现无压流或明满流等复杂流态,提出基于动态尾水边界的分析方法,即以始终保持有压流态的尾水洞中间特征断面的动态测压管水头作为尾水洞系统出口边界条件,结合数值模拟方法研究系统的小波动稳定性,并与传统的边界处理方法进行比较。结果表明采用试验数据和数值模拟相结合进行小波动稳定性分析,考虑了尾水洞无压流或明满流对系统稳定性和调节品质的影响,能够较准确地反映系统的动态特性。     

双机共变顶高尾水洞系统小波动稳定性研究

双机共尾水管路布置是一种典型的首部／中部开发水电站输水系统布置方案．考虑尾水道较短时，除尾水调压室方案以外，可采用变顸高尾水洞方案．不同于传统的特征分析法，采用基于有压管道特征线法、跟踪明满流分界点的明渠改进狭缝法和状态方程数值计算的联合算法，结合相应的边界条件，研究负荷扰动情况下变顶高尾水洞方案的小波动稳定性和调节品质，并与相应的尾水调压室方案作进一步的比较分析，结果表明：变顸高尾水洞方案小波动稳定性明显优于尾水调压室方案，为变顶高尾水洞的应用提供可靠的比选依据．     

向家坝水电站引水隧洞布置设计

向家坝水电站采用中部开发方式，引水尾水系统比较长。受地形地质条件的限制，下游采用变顶高尾水洞代替了尾水调压室，上游则采用加大洞径、减小引水隧洞长度的手段取消了上游调压室。通过对向家坝水电站引水隧洞的布置设计进行总结．为类似引水隧洞处于调压室临界位置的工程设计提供参考和借鉴。     

三峡地下电站变顶高尾水洞技术研究与应用

在三峡地下电站可行性研究和初步设计中,针对尾水系统设计进行了不设调压室、设调压室方案和变顶高尾水洞方案的比较,其中又分别进行了一机一洞和两机一洞方案布置型式的研究。首次在三峡地下电站进行了带模型机组的引水发电系统整体模型试验,通过大量的计算分析和模型试验,不断优化尾水系统的布置,最终采用了一机一洞变顶高尾水洞方案,并已付诸实施。对变顶高尾水洞系统的深入研究,开拓了创新思路并取得了设计经验,可为类似电站工程设计借鉴。     

卡邦波水电站水－机联合过渡过程大波动研究

以广东省内某大型水利工程为背景,综述当前国内外混凝土表面主要防护材料在工程中的应用,提出适用于该工程的混凝土防护涂层系统,为工程遴选防护材料提供借鉴和参考。以赞比亚的卡邦波水电站为例,根据引水发电系统的布置,建立包括引水隧洞、水轮机、尾水调压洞、尾水隧洞的数值计算模型,模拟在机组开机、停机、甩负荷等各工况下,整个引水系统建筑物各部位的压力、蜗壳末端最大压力、机组转速上升以及尾水调压洞最高和最低涌浪;同时,论证了将尾水调压洞模拟为尾水调压室计算所得结果的可靠性。通过水机电联合模拟,得到了更可信的调节保证参数计算值。     

思林水电站长尾水隧洞取消尾调水力过渡过程分析

思林水电站引水系统为“一洞一管一机＋尾水隧洞”布置型式,压力引水管道长335m,压力尾水隧洞长210m,压力水道水流惯性时间常数Tw=4．13s,尾水反水锤问题十分突出。主要论述了思林水电站取消常规的尾水调压井设计,通过优化流道系统、机组参数、调节系统参数等,有效地解决了长尾水隧洞的反水锤问题,水力过渡过程的稳定性满足规范要求,保证了整个工程安全、经济运行。     

特殊工况下抽水蓄能电站系统参数过渡过程分析

在抽水蓄能电站水力过渡过程数值模拟中,由于水泵-水轮机全特性曲线所具有的特殊性,使得尾水管进口最小压力在机组相继甩负荷工况下会大幅度降低,且时常会成为控制值。以一维刚性水锤及弹性水锤的特征线方法(MOC)为理论基础,结合某"一洞两机"布置形式的抽水蓄能电站工程实例,对该电站相继甩负荷工况下引水隧洞洞径及尾水岔管相对位置对过渡过程的影响进行了数值模拟。结果表明:在设置尾水调压室的情况下,拟通过改变引水隧洞洞径来调节尾水进口最小压力的措施是不经济的,引水隧洞的面积只需使其中的水流能够保持经济流速即可;在满足工程布置的前提下,应尽量减小尾水支管的长度,以保证输水发电系统的安全运行。     

三里坪水利枢纽引水发电建筑物总体布置设计

为了适应三里坪大坝坝区河段的地形特点,确定了其引水发电建筑物应布置在右岸的总体思路,且输水线路应采用直线形布置以使线路长度最短。该电站引水发电建筑物包括进水口、引水和尾水隧洞、地下厂房和尾水出口等,介绍了其具体布置和设计要点。结合电站复杂的地形地貌情况,分析了地下厂房洞室群的围岩稳定性,提出在局部塑性区加强支护的措施来保障洞室安全性。     

尼泊尔上莫迪水电站引水系统布置设计

上莫迪水电站位于尼泊尔第二大城市博克拉以西37km,在卡里甘塔河主要支流莫迪河谷上,是该河流上开发的第二个梯级电站。电站引水系统由进水口从调节池中引水到厂房,主要建筑物包括进水口、引水隧洞、调压井、压力竖井和平洞,全长约3．5km。引水系统采用有压引水方式,其中对于引水隧洞采用部分衬砌、部分锚喷的支护方式,对引水系统的布置设计进行了简要论述。     

无压隧洞水力过渡过程数值模拟研究

水电站引水发电系统无压隧洞中的水力过渡过程是近年来电站设计中出现的一个新课题,特别是流域梯级电站开发中经常遇到.结合工程实例应用扩散法,给出了无压隧洞水力过渡过程数值模拟的基本方程以及上下游及弃水堰等边界附加方程,计算得出了无压隧洞内的水位变化过程.     

长尾水洞抽水蓄能电站调节稳定性及参数优化

佛子岭抽水蓄能电站采用水泵水轮机,尾水调压室的断面尺寸不满足托马稳定断面要求,尾水隧洞长达1 500 m以上,水流惯性大,在空载工况可能诱导引起频率调节的低频脉动,导致机组不能正常并网运行。文中提出了描述抽水蓄能电站调节动态特性的非线性数学模型,提出了衡量水轮机调节性能质量的附加指标———调速器参数的选择应促使调压室水位波动的快速衰减。最后通过数值仿真的方法研究调速器参数bt、Td、Tn的优化选择,不仅使水轮机孤立运行的频率调节具有较好的质量,而且使调压室水位波动快速衰减。     

锦屏二级水电站小波动稳定性分析及对策研究

锦屏二级水电站引水系统长约17 km,水流惯性时间常数非常大;另外,装机容量也比较大,为8×600MW,在电力系统中占有较重要的地位。在工程的实际施工过程中,因地质条件复杂等原因,其引水系统布置及上、下游相关的边界条件出现过多次调整,因此,为了改善水力学条件,在上游设置了巨大而复杂的差动式调压室。针对锦屏二级水电站的引水发电系统小波动稳定性问题展开了计算分析,同时,针对极端工况下的孤网不稳定问题进行了研究并提出了相应的对策;结合机组现场调试成果,提出了一些有关机组运行控制方面的建议。