【抽水蓄能】5 水泵水轮机过渡过程

抽水蓄能电站过渡过程蜗壳压力设计研究邓磊;宋德强;周攀;丁景焕【摘要】为了深入研究抽水蓄能电站过渡过程蜗壳压力设计,对多家设计院和抽水蓄能电站进行了调研.研究结果表明,蜗壳设计压力比以往设计均有提高,原因为现场实测结果与设计结果偏差较大.实测结果压力脉动大,而压力脉动大的原因与水泵水轮机的水轮机运行区域范围过于靠近S区或位于S区的正上方有关.本文建议水轮机运行区域范围距离S区有一定的距离.【期刊名称】《大电机技术》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】6页(P42-47)【关键词】抽水蓄能电站;过渡过程;蜗壳压力;压力脉动;水泵水轮机S区【作者】邓磊;宋德强;周攀;丁景焕【作者单位】国网新源控股有限公司技术中心,北京,100161;黑龙江牡丹江抽水蓄能有限公司,黑龙江牡丹江,157005;国网新源控股有限公司技术中心,北京,100161;国网新源控股有限公司技术中心,北京,100161【正文语种】中文【中图分类】TK730.3+120 前言抽水蓄能电站调节保证控制值的选取事关电站的建设质量和投产运行后电站的运行安全。

前期国内牵涉到调节保证设计的主要设计规范有《DL/T 5186-2004 水力发电厂机电设计规范》和《DL/T 5208-2005抽水蓄能电站设计导则》。

近年来，已建投产的部分抽水蓄能电站过渡过程逐渐引起了国内较大的争议，针对调节保证设计这一专题，2013年10月水利水电规划设计总院发布了“水电站输水发电系统调节保证设计专题报告编制暂行规定（试行）”（以下简称“暂行规定”）；2005版本的“抽水蓄能电站设计导则”也正在修订过程中，2015年已发布征求意见稿，但还未正式发布。

为研究总结已建抽水蓄能电站过渡过程压力设计的工程经验，选择对国内标准、水规总院暂行规定、国内三大典型设计院、国外厂商和新源系统内已建和在建抽水蓄能电站进行设计调研，以期对后期新建抽水蓄能电站工程的设计和建设提供指导。

水泵水轮机运行中的若干典型过渡过程刘凯华;张宇宁;冼海珍【期刊名称】《排灌机械工程学报》【年(卷),期】2015(033)010【摘要】为了深入研究水泵水轮机不良过渡过程对机组产生的不利影响及其相应的改善措施,综述了水泵水轮机特性曲线的特有性质和重要的典型过渡过程的研究进展.详细说明了水泵水轮机过渡过程中的迟滞现象,发现水泵水轮机的运行工况点不仅与系统的当前输入有关,而且与系统过去的历史有关,因此在特定区域内水泵水轮机在同一转速时对应的流量并不相同,从而导致水泵水轮机机组的水头下降、效率降低、机组振动和产生噪声.综述了迟滞现象产生的条件,转速的影响以及改变转轮叶片进口角和叶片后掠角等改善措施;转轴应力测量的试验研究进展以及转轮叶片和导叶间的动静干涉对动态应力测量信号分析的影响,给出了相关现象的主要特征和影响因素;指出了针对水轮机启动时的空载不稳定现象和导叶关闭时的不稳定现象可采取的改善措施,并比较了各种方法的优越性和弊端.【总页数】8页(P866-873)【作者】刘凯华;张宇宁;冼海珍【作者单位】华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室北京102206;华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室北京102206;华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室北京102206【正文语种】中文【中图分类】TK734【相关文献】1.混流式水泵水轮机装置泵工况断电过渡过程的解析计算方法 [J], 常近时2.可逆式水泵水轮机过渡过程计算的研究 [J], 王伦其3.水泵水轮机甩负荷过渡过程中的压力脉动和转轮受力 [J], 周勤;夏林生;张春泽;袁野;朱珠4.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 [J], 陈秋华;张晓曦;何思源5.水泵水轮机全特性曲线对过渡过程轨迹的影响 [J], 周喜军;倪晋兵;韩文福;杨静;丁景焕因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

宝泉抽水蓄能电站水泵水轮机安装施工技术文章整体介绍了宝泉抽水蓄能水电站水泵水轮机除埋件外的安装工艺及质量控制，对于施工步骤作了详细的讲解，关键工序提出了合理、可行的控制措施。

标签：水泵水轮机安装施工技术宝泉抽水蓄能电站安装四台单机容量为300MW立轴单级混流可逆式水泵水轮发电机组，总装机容量1200MW。

水泵水轮机由埋入部分（尾水管、蜗壳/座环、底环、机坑里衬等）、转轮、顶盖、主轴、导叶及连臂、水导轴承、主轴密封及检修密封、接力器、环形吊车等组成。

1 水泵水轮机设备主要特性①型式：立轴单级混流可逆式水泵水轮机；②转轮高压侧直径：约○/ 3860mm，低压侧直径：约○/ 2008.6mm；③水轮机额定出力：306MW；④额定转速：n=500r/min；⑤水轮机额定工况流量：Q=68.8m3/s；⑥水泵工况最小扬程—最大扬程时，运行流量55.2m3/s—43.2m3/s；⑦导叶中心安装高程：▽150.00m；⑧蜗壳型式：金属蜗壳；⑨尾水管型式：立式弯肘型；⑩旋转方向：俯视水泵工况顺时针，水轮机工况逆时针；■水泵水轮机单重：约510t。

2 水泵水轮机安装本水泵水轮机安装施工方案主要包括底环、转轮、导叶、顶盖及水轮机和中间轴安装；密封装置、水导轴承等附属设备正式安装，应在盘车轴线检查调整后进行；其中顶盖、底环等部件通过水轮机专用运输轨道，利用运送车拖运到机坑内，再用桥机吊起安装。

2.1 结构特点①顶盖为整体结构型式，与座环之间用螺栓把合；②底环为整体结构，就位后四周用砼填实；③活动导叶每台机设计有20个，并配有20个单导叶接力器，导叶与操作机构之间用拐臂连接，有限位块限位，导叶由镍铬不锈钢铸造而成；导叶轴承采用自润滑材料，不需要另设润滑系统；④水泵水轮机的转轮为不锈钢焊接整体结构(叶片数为9个)，水泵水轮机主轴、中间轴均采用法兰螺栓连接。

2.2 底环二期混凝土完成后，机组主要控制数据的复测检查①机组中心的测量：在发电机机坑上口放置测量横梁，以座环为基础，用钢琴线-耳机测量法测定机组中心线，检查座环上内镗口（上口约○/ 5008+0.54/-0mm）与底环迷宫环立面（约○/ 3908+0.3/-0mm）、尾水肘管、机坑里衬中心同心度和圆度情况，发现存在超差部分应进行处理。

山西引黄工程平鲁泵站机组振动、过渡过程（开停机、水泵掉电）实施方案中水北方勘测设计研究有限责任公司科学技术研究院2011-11-27山西引黄工程平鲁泵站机组振动、过渡过程（开停机、水泵掉电）调流阀优化组合运用试验实施方案1、工程简介万家寨引黄入晋工程由黄河万家寨水库取水，经总干线至下土寨分水闸分成向太原供水的南干线及向大同供水的北干线。

总干线西起黄河万家寨水库，沿偏关县北部东行至下土寨分水闸，以下分成南干线和北干线。

引黄工程北干线由下土寨分水闸起向东，经偏关、平鲁、朔州、山阴、怀仁至大同市附近墙框堡水库止，线路全长约156.54km，供沿线平鲁、朔州、山阴、怀仁及大同等市的城市及工业用水。

2020年年引水量 2.96亿m3，输水流量11.8m3/s；最终规模年引水5.6亿m3，输水流量22.2m3/s。

平鲁地下泵站位于北干线大梁水库右岸山体中，在大梁水库右坝肩上游约230m，介于北干1#输水隧洞TBM检修洞室与放水洞之间，埋深约140m。

在北干线正常输水月份（每年10月至次年7月）从北干1#输水隧洞将部分水扬入大梁水库，设计抽水流量2.64m3/s；在水库充水和放水期间，均需要从大梁水库放水0.25m3/s~0.88m3/s向平鲁区供水。

在汛期引黄停止输水时，从大梁水库经放水洞入北干1#输水隧洞向朔州、大同等地区供水，8、9两月下泄流量3.1m3/s。

平鲁地下泵站安装5台单级双吸卧式机组，泵站运行扬程120~137m。

单机设计流量0.88m3/s，正常工况3台运行、2台备用，单机容量1800kW，总装机9000kW。

主要建筑物包括地下及地面两大部分，地下建筑物主要包括：进水池、厂房、进出水管道系统、主副交通洞、出水高压平洞和出水竖井、电缆井及其交通洞等；地面建筑物变电站和进水塔。

2、测试目的及测试内容2.1、测试目的测试机组在正常开、停机；掉电条件况下，过度过程参数指标（转速、压力、操作力、信号动作迟滞时间）变化，为过渡过程阀门动作调整、验证计算结果、保证泵站过渡过程安全提供依据。

抽水蓄能电站的工作原理抽水蓄能电站是一种利用电力储能技术的电站，其工作原理基于在峰谷电力需求不平衡的情况下，将多余的电能转换为潜在能量，然后在电力需求高峰期释放潜在能量以供电网使用。

一、工作原理概述抽水蓄能电站主要由上水池、下水池、水轮机、发电机、变压器以及供电系统等部分组成。

工作原理分为两个阶段：充水和放水。

在充水阶段，当电网供电过剩时，多余电能会启动发电机，将电能转换为机械能，带动水轮机旋转。

同时，水轮机将上水池中的水抽送至下水池，使其上升至设定水位。

在放水阶段，当电网需求高峰到来时，发电机会转为电动机，将机械能转换为电能，向电网注入电力。

与此同时，上水池中的水会由于重力作用，通过下水道流入下水池，水轮机受水流推动再次旋转，以恢复上水池中的潜能，为下一次的充水阶段做准备。

二、工作原理详解1. 上水池和下水池：上水池位于高海拔处，下水池位于低海拔处。

它们通过转动阀门或闸门等水利设施进行控制，实现水的储存和释放。

2. 水轮机：水轮机是抽水蓄能电站关键的能量转换设备。

它根据水流的动能转化为机械能，带动与之相连的发电机转动。

3. 发电机：发电机是将机械能转化为电能的设备，通过旋转的磁场在电线导线内产生感应电动势，从而生成电能。

4. 变压器：变压器用于将发电机产生的电能升压或降压，以适应输送电力的需求。

5. 供电系统：供电系统主要包括输电线路、配电变压器、配电网络等设施，用于将发电机产生的电能输送到电网中。

三、工作过程当电力供应大于需求时，多余的电能被用于驱动水泵，将水从下水池抽送至上水池中。

这一过程消耗的电能可以看作是储存在水池中的潜在能量。

当电力需求超过供应时，就需要将储存在上水池中的潜能转化为电能供应给电网。

此时，水泵被停止，由于重力作用，上水池中的水会自动流入下水池，推动水轮机旋转，通过发电机产生电能，再通过变压器升压后输送到电网中。

抽水蓄能电站通过将多余的电能转化为潜在能量，并在电力需求高峰时释放，实现了电力供需平衡，提高了电网的运行效率和稳定性。

抽水蓄能机组调相工况简介摘要：由于抽水蓄能机组在我国发展较晚，还有很多人，包括一些常规机组的建设者和运行人员都对抽水蓄能机组不太了解，本文简要的介绍抽水蓄能机组的特有工况：调相，以让更多的人增加对抽水蓄能机组了解。

关键词：抽水蓄能调相简介1、抽水蓄能机组发展简介在国外从最早的原始装置算起，抽水蓄能电站已有上百年的历史，但是具有近代工程意义的设施，则是近四五十年才出现的。

抽水蓄能建设早期是以蓄水为目的，在西欧的一些多山的国家里，利用工业多余电能把汛期的河水抽到山上的水库贮存起来，到枯水季节再放下来发电。

这相当于是季调节的抽水蓄能工程。

从刚开始蓄能电站使用的单独工作的抽水机组和发电机组，到将水泵与水轮机和一台兼作电动机与发电机的电机连接在一起的而形成的三机式机组，1937年在巴西安装的佩德拉机组和1954年在美国安装的弗拉特昂机组则是可逆式机组的先声。

从20世纪60年代起，可逆式机组就成为了主要的机型，开始得到广泛应用。

当时间进入到21世纪，无论是技术还是运营模式，抽水蓄能机组都得到的相当的发展。

2、抽水蓄能机组简介抽水蓄能机组由可逆式水泵式轮机和发电电动机，配以常规的辅助设备，如调速器、球阀、尾水事故闸门、上库检修闸门、下库检修闸门、励磁系统等。

另外，抽水蓄能机组还有其特有的、区别于常规机组的设备：（参见图1）换相开关或换相闸刀：由于水泵水轮机二种运行工况的水流方向相反，所以发电电动机二种运行工况旋转方向必须相反。

为此应使电动机运行时其旋转磁场的旋转方向与发电机运行时的旋转磁场方面相反，这就需改变三相绕组相序排列，所以发电电动机需加装相应的换相开关或换相闸刀SFC：变频启动装置，用于机组抽水调相工况启动，相当于抽水调相启动过程中的调速器；拖动闸刀和被拖动闸刀、启动母线：为了满足抽水调相启动而专设的电气连接；调相压水气系统：在机组抽水调相启动过程中和机组调相运行过程中，利用高压气将转轮室的水圧下去，使转轮在空气在旋转，即可以减少有功消耗，又可以减小机组的振动、噪音，减少对机组的损伤；监控系统：为了适应抽水蓄能机组的各种工况，监控增设了抽水、抽水调相、发电调相等工况及相互转换程序。

240抽水蓄能电站过渡过程特性的研究(巴西) B．Petry 等摘要 本文对装有可逆式水泵水轮机的抽水蓄能电站的过渡过程进行了研究。

根据现有描述过渡过程的方程式，建立了数学模型并应用于实践中。

真机试验与数学模型模拟结果的比较证实了数学模型的准确性。

同样的数学模型也可导出一系列可变系统参数的曲线、这些曲线提供了过渡过程响应数据，在初步设计阶段，这些数据可快速准确地评估过渡过程。

通常，水力系统的流态要变化到与机组的理想运行条件相匹配的流量。

在常规水电站和抽水蓄能电站中，通常因操作阀门、水泵的开启或关闭以及电力需求的变化引起水力条件的变化。

操作越快，过渡过程越苛刻。

因此，水力装置的设计必须考虑到过渡过程可能达到的极限压力和流量值。

在抽水蓄能电站中，考虑到其操作余量和频率控制能力，确定水力系统的过渡过程特性比传统水电站显得重要得多，因为电力需求的变化可能很快，且电站运行方式明显改进。

机组的关闭(作水泵或水轮机运行)或从水泵工况切换到水轮机工况都将引起很大的压力脉动。

为了分析这一现象，根据特征法建立了数学模型。

在水泵工况或水轮机工况，或从水泵工况切换到水轮机工况，该模型均能模拟单级水泵水轮机的运行。

图1 抽水蓄能电站示意图UR 一上游水库 HT 一引水渠 ST 一调压井(任意模式) PN 一压力钢管 UJ—上游枢纽站 UB i —机组前叉管PT i 一水泵水轮机 LB i 一机组后叉管 LJ—下游枢纽站 TT—尾水渠LR—下游水库图l 简要给出了一个抽水蓄能电站，并给出了部件结构。

数值分析当利用特征法和积分法变换时，连续方程和动量方程将导出一组特征方程，可联立求解以选择管道‘P’。

02)()(=Δ+−+−A A A A Q Q DAt f H H a gA Q Q (1) 02)()(=Δ+−−−B B B B Q Q DA t f H H agAQ Q (2)式中Q —流量H —压头f —Darcy-Weisbach 水头损失系数 D —管道直径241A —管道横断面面积 g —重力加速度 α—波速△t—时间增量下角P 系指特征管道网x-t 平面上‘P ’断面的未知条件，下角A 、B 系指上述时间间隔内‘A ’断面<上游>和‘B ’断面<下游>的已知条件。