电站变顶高尾水洞水力过渡过程现场监测分析

阻尼井+变顶高尾水洞是一种新型的水电站尾水压力管道体型,国内尚无单机容量700 MW巨型机组的运行实践经验。为进一步了解大型机组变顶高尾水系统的水力特性,验证工程设计和水工模型试验成果,确保工程安全稳定运行,结合启动试运行和正常蓄水位机组调试安排,对三峡地下电站进行了2个特征库水位(152.3 m,175.0 m)和4个负荷量级(25%,50%,75%,100%)的机组甩负荷水力过渡过程进行现场监测。重点监测了蜗壳和尾水管进口部位水锤压力、阻尼井涌浪、变顶高尾水洞明满流交替和机组转速升高值等内容。监测成果表明:三峡地下电站变顶高尾水洞各项水力参数指标均满足设计要求,并有一定安全裕度,监测成果可为今后变顶高尾水洞工程设计和运行提供参考。     

变顶高尾水洞不同顶坡大波动过渡过程分析

对于尾水位变动较大的水电站,可以将尾水隧洞设计为变顶高的形式—隧洞洞顶有一定的反坡,隧洞内同时存在有压流段与无压流段,无压流段能缓和有压流段中传来的压力,起到类似调压室的作用,能大大减小尾水调压室面积甚至取消调压室,从而减少工程量,降低工程造价。通过窄缝法统一了有压流与无压流的连续方程和运动方程,结合特征线法建立计算模型,用Fortran语言编程,结合工程实际,探讨了不同顶坡下的过渡过程。结果表明,一定坡度的变顶高方案的大波动稳定性优于原布置方案,但坡度并非越大越有利。     

变顶高尾水洞

变顶高尾水洞这种方式的特点是下游水位与洞顶的某一处相衔接,将尾水洞分成有压满流段和无压明流段。当下游处于低水位时,下游水位与洞顶较低处相衔接,此时有压满流段短,而无压明流段长,尾水管进口的真空度不会超过规范的要求。随着下游水位的升高,有压满流段的长度逐渐增长,无压明流段的长度逐渐减小,发生过渡过程时尾水管中负水击压力随之增大,但此时,下游水位升高引起淹没深度逐渐加大,两种压力叠加,尾水管进口的真空度仍不会超过规范的要求。     

基于L-F狭缝法的变顶高尾水洞过渡过程计算

水电站变顶高尾水洞常出现明满流交替的复杂流态。为研究变顶高尾水系统的过渡过程,提出了L-F狭缝计算方法,即通过狭缝模型,将明满两种流态采用同一方程组表示,再采用L-F格式离散建立差分方程组,结合边界、初始条件,即可用于明满流的计算。以某大型水电站为实例进行数值模拟,并与实测数据进行比较。结果表明,计算模拟值与实测数据误差较小,证明该方法可模拟变顶高尾水洞的过渡过程,能较准确地反映系统的暂态特性。     

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。     

水电站变顶高尾水洞体型研究

在阐明水电站变顶高尾水洞工作原理的基础上，从工程实际出发，提出了体型设计的基本思路和具体步骤，并着重探讨了这种新型尾水道的适用范围和设计与研究中应重视的问题。     

带阻尼井的变顶高尾水系统水力过渡过程数值预测及其特性研究

机组及输水系统在暂态过程中性能参数的控制对电站的安全稳定运行具有重要影响。基于瞬变流数学模型和Priessmann假设,对三峡地下电站采用的带阻尼井的变顶高尾水隧洞进行了过渡过程数值预测,并将计算结果与电站现场试验值进行了对比验证,总结了带阻尼井的明满交替流等复杂水力过程的数值预测模型。基于计算结果分析了在大小波动等暂态过程中变顶高尾水系统明满交替流及阻尼井的水力特性,并从水力学和系统稳定性的角度解释了三峡地下电站采用变顶高尾水洞并设置阻尼井能够代替调压室的原因。     

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。     

三峡地下电站变顶高尾水洞水动力特性

 在国内首次应用模型水轮发电机组对三峡地下电站变顶高尾水洞方案进行水力过渡过程试验研究。对水轮机导叶实行分段关闭,并求出了二段关闭的最佳拐点,试验证实了二段关闭对减小尾水管进口的负压和机组转速上升有明显的作用。通过有关水力参数的测试,认为变顶高尾水洞可以满足各项技术要求,是一个减少山体开挖、节省投资的新型设计方案。在地下电站中具有广泛的应用前景。     

三峡地下电站变顶高尾水洞水动力特性

在国内首次应用模型水轮发电机组对三峡地下电站变顶高尾水洞方案进行水力过渡过程试验研究。对水轮机导叶实行分段关闭 ,并求出了二段关闭的最佳拐点 ,试验证实了二段关闭对减小尾水管进口的负压和机组转速上升有明显的作用。通过有关水力参数的测试 ,认为变顶高尾水洞可以满足各项技术要求 ,是一个减少山体开挖、节省投资的新型设计方案。在地下电站中具有广泛的应用前景     

变顶高尾水系统小波动过渡过程中水流运动理论研究

 推导了变顶高尾水系统小波动过渡过程水流运动的基本方程，对基本方程进行分析与求解，并以某电站为例，探讨了变顶高尾水系统小波动过渡过程的基本规律。通过小波动过程计算分析结果表明：当水流时间惯性常数 T W0 为某一固定值时，改变坡度 i 值， i 到一定值后对小波动过程稳定性影响甚微，这与试验现象一致；若 i 固定，变化 TW0 ，当 T W0 ≥ 4.5 时，小波动过渡过程为等幅振荡至发散，因此，此值宜小于 4.0 ，这与工程规定相符；当其它水力参数变小时， i 应增大，才能使系统达到良好的动态品质。这些说明所建立的方程组及数学模型是合理的。且此变顶高尾水系统的结构方案能节约较大工程投资     

变顶高尾水洞的顶坡及体形设计方法

基于机组甩负荷工况下变顶高尾水系统尾水管进口处真空度的计算公式,推导出保证尾水管进口满足真空度要求的顶坡计算分析公式。在机组甩负荷后明渠最大负涌浪以及安全顶坡分析公式的基础上,提出了变顶高尾水洞体形设计的程序性定量化方法,从而可对变顶高尾水洞的体形进行定量化的分析设计。由顶坡坡度分析公式所获得的计算结果与物理模型实验结果进行了比较,表明该公式是合理的。这些结果和方法可以方便地应用于工程初步设计。     

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．     

地下电站尾水系统水力过渡过程计算

该文采用四阶龙格——库塔法与特征线法对尾水调压室和管道水击进行了联合计算求解，确定了简单式和阻抗式尾水调压室的涌波过程和管道水击的变化情况，其处理方法和计算结果可供应用参考。     

三峡电站31号机尾水过渡过程监测结果反演分析

三峡地下电站尾水系统首次采用一机一洞变顶高尾水洞来替代尾水调压井,在理论和工程设计上均具有重要意义。为了解变顶高尾水隧洞的实际特性,以及验证水工模型试验和数字仿真计算结果,在地下电站31号机调试和试运行期及三峡水库175 m试验性蓄水运行期现场监测的基础上,进行了过渡过程反演计算。将反演计算与现场监测结果对比分析,验证了采用变顶高尾水系统及设置阻尼井等工程措施的有效性,为今后大型地下电站变顶高加阻尼井尾水系统的设计、施工和运行提供了借鉴。     

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。     

变顶高尾水隧洞施工技术研究及应用

针对变顶高尾水隧洞群及隧洞断面大,间隔小、管线长,施工难度大,以及施工工期紧的特点,施工技术通过方案比选研究,确定采用多条尾水隧洞平行分层跳洞开挖与支护、隧洞混凝土衬砌采用了以部分侧墙代替拱座的先拱后墙法、通过30 m近距离爆破对固结灌浆质量影响的试验与分析,验证了开挖与支护、固结灌浆立体交叉作业的可行性。为大断面洞室混凝土衬砌、固结灌浆、开挖支护同步施工积累了成功的经验。     

向家坝水电站地下厂房变顶高尾水系统研究

为了满足电站的调节保证要求,减小地下洞室群的规模,向家坝水电站地下厂房采用了特殊的尾水系统布置方案,即变顶高尾水洞方案,取消了尾水调压室。在研究水电站变顶高尾水洞基本工作原理的基础上,提出了向家坝水电站右岸地下厂房变顶高尾水洞布置方案研究的基本思路和具体步骤,论证了采用变顶高尾水洞方案的可行性和合理性。     

龙滩水电站3号尾水系统过渡过程试验研究

根据水电站过渡过程物理模型相似率条件,对龙滩水电站3号尾水调压井单元系统的4种布置方案和5种试验工况进行了带模型机组(包括模型调速器)的模型试验,这种试验装置与传统的相比,试验的重复性好,开度与流量一一对应,水流的动能转换成旋转的机械能,能真实地反映原型的流态.试验内容包括恒定流水流状态与水头损失,非恒定流过程中的压力波动,调压井内水流状态及其主要控制参数等.试验研究表明,带模型机组的模型试验能较真实地反映原型的流态,试验结果可供工程设计参考.