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中国近期拟建抽水蓄能电站，位于安徽省芜湖市繁昌县。
电站距上海、南京、合肥、杭州分别为260 km、一20 km、130 km、200 km，距华东电网500 kV 繁昌变电站仅13 km。
电站共装4 台机组，发电容t100OMW，抽水容量1112MW。
年发电1 1743亿kw·h.年抽水用电量2315亿kw·h。
电站以两回500 kV输电线路接人华东电力系统，担负电网调峰、填谷任务，并兼有调频、调相和事故备用等动态效益，枢纽布!见图。
新河道.东堤南段建有充水闸，使新开河与下水库连通。
输水系统输水系统及厂房均埋于上、下水库之间的山体内，其围岩为花岗岩侵人体，整体性好，适合建设地下工程。
输水系统建筑物由上进出水口、引水随洞上平段、事故问门井、竖井、引水隧洞下平段、尾水随洞、尾水事故闸门井和进出水口等组成。
引水道和尾水道上均不设调压井。
输水道为一洞一机。
4条翰水道平行布置，每条从上库进出水口至下库进出水口长约响水涧抽水蓄能电站枢纽布里图上水库和下水**库上水库建于繁昌县境内浮山东侧的响水涧沟源坳地，集水面积1.12 kmZ，由主坝、南副坝、北副坝和库周山岭围成。
总库容1776万m3，有效库容1349万m“，正常蓄水位222m，正常发电最低水位198m，死水位19om。
主坝和南、北副坝均为钢筋泥凝土面板堆石坝，坝顶高程225.sm，坝高分别为89.sm、65.sm、54.sm，坝顶长度分别为536m、347 m和158m。
筑坝材料为采自库盆的开挖料。
上水库坐落在花岗岩侵人体基础上，有Fl断层横贯库盆，穿过南、北副坝坝基。
为了截断沿Fl断层向库外的渗汤通道，在南、北副坝趾板基础均采取了以垂直防渗为主的断层处理措施。
沿主、副坝趾板以及主坝与南、北副坝之间的库周山岭按常规进行帷幕灌茱。
下水库建于泊口河湖荡洼地上，由环形均质土堤圈围成库。
围堤长3568m，堤顶高程16.sm。
总库容1465万m3，有效库容1275万m3，水面面积1.03 kmZ。
14第43卷 第S2期2020年12月Vol.43 No.S2Dec.2020水 电 站 机 电 技 术Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station0 引言浙江仙居抽水蓄能电站安装 4 台375 MW抽水蓄能机组，总装机容量为1 500 MW，年平均发电量为25.125亿kW·h，年平均抽水电量为32.63亿 kW·h。
水泵水轮机为立轴、单级、混流可逆形式，额定水头 447.0 m，额定转速 375 r/min。
仙居电站一次调频的控制由调速器实现，该设备为TC1703XL 型调速器系统，主要包括调速器控制单元、转速信号器、电源供给单元及触摸屏等部分，配置有冗余CPU，出现主CPU故障时能自动无干扰的切换到备用CPU运行，有效保证一次调频等功能。
随着国家工业、经济的不断增强，电网容量也随之变大，电网频率波动相对较小。
当频率波动时，为保证电网频率稳定，需要机组及时启动一次调频并有效补充或消耗功率。
但随着我国抽水蓄能机组单机容量的不断增大，机组转动惯量增大，导致机组一次调频的效果不甚理想，特别是在电网频率变化较小、时间较短时。
1 抽水蓄能机组一次调频功能介绍1.1 一次调频逻辑介绍仙居抽蓄机组一次调频仅当机组在功率模式或开度模式下投入。
机组频率（电网频率）超过人工失灵死区（0.05 Hz）时，即当所测量频率小于49.95 Hz 或大于50.05 Hz，一次调频功能被激活。
设机端频率为50.10 Hz，此时超过频率死区0.05 Hz，即超0.1 %，调速器的B p设为4%，此时调速器的功率设定值应在原功率设定值基础上变化0.1%/4%，即变化2.5%，当机组此时按照设定375 MW功率运行时，一次调频动作相应减少2.5%×375 MW=9.375 MW。
在开度模式下，此刻则将减少导叶开度2.5%。
同时，一次调频调节值为±37.5 MW或±10%导叶开度。
水电站机电技术Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station第44卷第6期2021年6月Vol.44 No.6Jun.20214仙居抽水蓄能电站甩负荷试验及反演分析汪德楼过美超2,李成军1,陈顺义1,王颖娜彳(1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江杭州311122； 2.浙江新境生态环保科技有限公司，浙江杭州311122)摘要：为确保仙居抽水蓄能电站长期安全稳定运行，对电站机组进行甩负荷现场试验，并对试验数据进行整理分析,利用数值仿真的手段对机组甩负荷过程进行仿真模拟。
对比结果显示二者的吻合度较好，验证了数值仿真计算的准确性。
在此基础上,利用数值仿真手段对机组运行极端工况进行预测，预测结果显示极端工况蜗壳进口 最大压力、尾水进口最小压力等指标满足合同相关指标要求。
反演计算分析为电站机电设备的安全稳定运行提供 了依据，并为类似工程提供参考依据。
关键词：水泵水轮机;甩负荷;数值模拟;极值预测;误差修正中图分类号：TV743文献标识码：B文章编号:1672-5387 (2021)06-0004-04DOI : 10.13599/j .cnki.11-5130.2021.06.0021工程概况浙江仙居抽水蓄能电站安装4台单机容量为375 MW 的混流可逆式水轮发电机组(水泵工况最 大功率413 MW),水轮机额定水头为447 m,机组额 定转速375 r/mino 电站机组为国内已建单机容量最大的抽水蓄能机组，在我国水电发展历史上具有 重要意义。
电站输水系统采用两洞四机布置，输水系统总长度约为2 216.1 m o 2仙居抽水蓄能电站水泵水轮机特性介绍可逆水泵水轮机组为了满足机组发电、抽水双向水流的需要，其转轮叶片流道狭长,致使转轮离心 力较大，截止效应山勿明显。
从水泵水轮机全特性 曲线来看，由于机组由水轮机至反水泵工况运行范 围存在一个“反S ”形不稳定区域，特别是对高水头段低比转速的水泵水轮机“反S ”更加明显,在该“反S ”内，1个单位转速n n 对应着3个单位流量Q n ,因此水道系统内很小的水压波动可能会导致在低 水头时水轮机工况起动空载不稳定,转速发生波动,乃至无法并网运行。
关于大型抽水蓄能电站地下厂房结构振动特性的研究摘要：近年来，伴随着社会上用户需求逐渐提升，更多的大型抽水蓄能电站投入使用中，大型抽水蓄能电站在实际运行中，会产生结构振动，引发系统支撑结构振动，严重的情况下将会导致蓄能电站停机。
为了实现大型抽水蓄能电站的稳定运行，需要掌握地下厂房结构的振动特性，以预先采取措施，降低大型抽水蓄能电站停机几率。
基于此，在本文中将对大型抽水蓄能电站地下厂房结构振动特性进行研究。
关键词：大型抽水蓄能电站；地下厂房结构；振动特性；研究前言：水电站厂房是水利工程中的重点建筑之一，水电站厂房的振动会限制机组的正常运行，并且损失发电量，最为严重的就是其对于人体的健康产生影响。
因此，对于大型抽水蓄能电站地下厂房结构的振动特性进行研究，在保障水电站发展方面具有较为积极的意义。
因此，在本文中通过实际的工程，采用限元分析方法，建立抽水蓄能电站厂房有限元模型，对水电站的主厂房进行动力计算。
1.水电站工程概况某大型抽水蓄能电站中安装了4台单机250MW的机组，该机组的额定水头为300米，在实际运行环节中的额定流量在95%以上，额定转速在330r/min以上。
该大型抽水蓄能电站的地下厂房位于该水电站水道系统尾部位置。
地下厂房主要由母线洞、主变运输洞、交通洞、排风洞、地面出现场等组成。
地下厂房洞室内自左至右依次为副厂房、主机间、安装场等。
发电机层以下结构为现浇混凝土整体结构，机组周围混凝土结构主要由蜗壳、机墩、风罩等组成，机组的四周边墙结构为混凝土连续墙结构，在实际应用中抗震性比较强。
对该厂房的实际情况进行调查，发现该厂房在投产运行以来，一直存在着振动与噪声，基于这样的问题为周围设备的安全稳定运行带来严重的影响[1]。
2.基于有限元模型下的机组频率分析2.1机组有限元模型在地下厂房结构的有限元模型分析中，其计算软件一般采用的国际上通用的有限元软件ANSYS，该软件最大的特点就是能够进行事前处理、事中求解和事后的处理。
23第43卷 第S2期2020年12月Vol.43 No.S2Dec.2020水 电 站 机 电 技 术Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station1 概述浙江仙居抽水蓄能电站位于浙江省仙居县湫山乡境内，枢纽工程主要由上水库、输水系统、地下厂房、地面开关站及下水库等建筑物组成，安装4台375 MW 混流可逆式水轮发电机组，总装机容量为1 500 MW。
电站建成后，以500 kV 一级电压等级接入浙江电网，在电网中承担调峰、填谷、调频、调相和事故备用等任务。
该电站调速器主配压阀及电调由ANDRITZ 公司提供，电调中CPU 与I/O 模块之间数据交换方式为：CM0843为数据采集模块，通过Ax 总线与I/O 模块连接，CM0843把采集的冗余数据再通过高速数据线分别传送到两个CPU，采用3机冗余控制，由于两套控制CPU 的运行情况完全在协调CPU 的监控之下，实现了对CPU 进行无扰动切换。
电气柜中输入输出模块与模块之间是串联通信，有两条模块组。
每条模块组中信息全部上传I/O 控制模块PE6410后再上传CM0843，由CM0843传送给CPU 完成信息上传，最终通过CPU 至CM0843至PE6410后进行调速器电调的控制。
电气柜内每条I/O 模块除AI 模块、AO 模块、TE 模块上信号做了冗余，其DO 及DI 量信号均未做冗余。
2 事件经过及原因（1）2017年6月15日发生跳机故障，电调报告第1条模块控制器（含AO，AI，测频，DI，DO ）故障，电调发出跳机指令。
经检查，发现第1条模块控制器PE6410与后面I/O 模块之间缝隙较大，瞬间接触不良，导致I/O 模块信息不能通过I/O 模块侧面通信接点送至模块控制器PE6410。
在故障发生后，现场通过按压模块，故障复现，可确认模块之间接触问题是此次跳机原因。
（2）2017年8月20日发生跳机故障，电调报告第1条模块控制器（含AO，AI，测频，DI，DO ）故障，电调发出跳机指令。
某抽水蓄能电站地下厂房振动特性分析近年来我国新建的一批大型抽水蓄能电站中，其高水头、高转速的特点导致振动的现象普遍、突出，对厂房结构的振动问题研究显得十分重要。
本文以某抽水蓄能电站地下厂房为实例，使用三维有限元方法，解析了厂房整体结构自振特性。
标签：蓄能电站；厂房振动1、工程概述某抽水蓄能电站总装机容量为600MW，本工程机组在出现强烈振动时，振动部位一般集中在发电机层以下的部位，所以计算重点应为厂房水下部分。
机组外围混凝土结构主要由风罩、机墩、蜗壳和尾水管组成。
风罩的结构呈圆筒式，发电机层楼板与上机架支撑部位相连接。
风罩下接内圆筒外八边形的机墩混凝土结构，机墩的顶部为定子基础板，底部固结于蜗壳的外包混凝土，下机架靠机墩内侧的环形牛腿支撑。
金属蜗壳与包围在其周围的混凝土在下游侧与边墙联为一体，并且共同承担部分水压力。
2、动力有限元计算理论2.1 模态分析利用模态分析，可以得到结构部件的固有频率和振型，多自由度体系为弹性振动时，以下四种力作用于弹性体系：①外力{F}；②弹性恢复力[K]{u}，[K]为结构的刚度矩阵，{u}为结构位移量；③惯性力[M]{}，[M]为结构质量矩阵，{}为结构加速度向量；④阻尼力[C]{}，[C]为结构阻尼矩阵，{}为结构速度向量。
以上四种力达到平衡，得到相应运动方程：方程（2-4）称为特征方程，解出方程的n个正实根，即自由振动的n阶自振频率。
然后再将解回带入公式（2-4）得到相应振型向量{}。
2.2 谐响应分析谐响应分析通过计算结构的稳态受迫振动来预测结构的持续动力特性，对于一个单自由度体系，在谐振力p（t）=sin的作用下，为力的幅值，为激励频率，则体系强迫谐振的运动微分方程为：位移响应包含的是两个完全不同的振动成分，给出的是体系固有频率的振荡，是瞬态振动，它取决于初始速度和位移，当零初速度和零初始位移时，瞬态振动也存在；给出的是强迫频率的振荡，是稳态振动，与作用力有关而与初始条件没有关系。
第16卷 第4期2018年8月南水北调与水利科技S outh 2to 2North W ater Transfers and Water Science &Techn ology V ol.16N o.4A ug.2018水利工程研究收稿日期:2017210208 修回日期:2018203222 网络出版时间:2018204224网络出版地址:http://k /k cms/detail/.20180423.1519.002.html 基金项目:国家自然科学基金(51379030)Fund:Nation al Natu ral S cien ce Foundation of China (51379030)作者简介:曹 玺(19842),男,青海西宁人,高级工程师,主要从事水力发电工程建筑物设计与管理技术方面研究。
通讯作者:马震岳(19622),男,河南南阳人,教授,主要从事水轮发电机组振动与建筑物结构分析方面研究。
E 2mail:dmz y@D OI:10.13476/ki.nsbdqk.2018.0115曹玺,刘启明,占浩,等.仙居抽水蓄能电站地下厂房振动数值模拟分析与安全评价[J].南水北调与水利科技,2018,16(4):1952201.CAO X,LIU Q M ,ZH A N H ,et al.N umerical analy sis and safety evaluation o f the under gr ound po wer ho use of the Xianju pumped 2stor age Pro ject[J].South 2to 2N o rth W ater T r ansfers and W ater Science &T echnolog y,2018,16(4):1952201.(in Chinese)仙居抽水蓄能电站地下厂房振动数值模拟分析与安全评价曹 玺1,刘启明1,占 浩1,马震岳2,朱 贺2(1.浙江仙居抽水蓄能有限公司,浙江仙居317300;2.大连理工大学水利工程学院,辽宁大连116024)摘要:厂房振动问题为抽水蓄能电站设计关键,以仙居抽水蓄能电站为实例,对地下厂房进行共振复核和振动反应分析评价,在总结国内外控制标准的基础上,提出了适用该工程的振动控制标准建议值。
有限元计算分析表明,机墩结构竖向振幅稍大,需要在结构设计中予以关注;厂房整体结构和主要构件的共振复核满足要求,地下厂房发生共振的可能性较小。
振动最大位移、速度和加速度响应幅值均满足所拟定控制标准要求,其中立柱结构的振动均方根加速度偏大,但频率计权加速度幅值较小,可满足要求。
针对立柱等局部构件振动反应偏大的情况,探讨了局部加固措施对降低振动强度的有效性,为同类型厂房抗振动优化设计提供参考。
关键词:抽水蓄能电站厂房;数值分析;结构振动;抗振设计中图分类号:T V 7 文献标志码:A 文章编号:167221683(2018)0420195207Numerical analysis and safety evaluation of the underground powerhouse ofthe Xianju pumped 2storage ProjectCAO Xi 1,LI U Q iming 1,ZHA N H ao 1,M A Zhenyue 2,ZH U He 2(1.Zhej iang X ianj u Pump ed 2stor ag e L imitation Comp any ,X ianj u 317300,China;2.D alian Univ er sity of T echnolog y ,D alian 116024,China)Abstract:T he vibr ation pr oblem of pow erhouse is the key in desig ning pumped stor age pow er plant.T his paper too k Xianju Pumped 2storag e Pr oject,one of the larg est projects in China,as a case st udy.W e conducted resonance check and vibr ation re 2sponse ev aluatio n o f the under gr ound po wer ho use,and pr oposed the v ibration 2co ntro l standard values fo r Xianju pro ject.T he a 2nalysis sho wed that attent ion sho uld be paid to the ver tical amplitude of machine pier in structure desig n as it is slig htly lar ger than the contro l v alue.T he resonance check sho wed that t he ov erall structure of the pow erho use and its main co mpo nents meet the code requirements,so the po ssibility o f under gr ound pow erhouse resonance is small.T he max imum vibrat ion displacement,velo city,and acceler atio n all meet the requir ements o f the proposed vibr ation 2contr ol st andard.T he vibrat ion r oot mean squar e acceler atio n o f the co lumn str uctur e is slig ht ly larg e,but the fr equency 2w eig ht ed acceleration amplitude is small,so it meets the pr oposed v ibration 2co nt ro l standard.In v iew o f the situation w her e the v ibration r esponse o f some lo cal members such as the co lumn is slig htly lar ge,we discussed the effectiveness o f taking local reinfo rcement measures to r educe the intensit y o f vibr a 2tion.T his paper can pr ovide a r efer ence fo r the ant i 2vibr ation o ptimizat ion desig n of similar po werho uses.Key words:pumped 2stor age statio n pow erhouse;numerical analysis;st ructur e vibrat ion;anti 2v ibration desig n#195#水利工程研究随着水轮发电机组容量和水头的不断提高,机组振动问题日益突出,由于涉及到水机电结构的耦联振动,问题更为复杂,虽经过长期大量的研究,其准确预测和完善解决仍较困难[125]。
机组振动荷载传递到厂房支承结构上,会诱发厂房结构的整体或局部振动。
国内外大中型水电站均有机组振动诱发结构振动,甚至导致结构破损而影响电站正常运行的实例[6,7]。
抽水蓄能电站因为具有高水头、高转速、双向运转、过渡过程复杂等特点,机组振动诱发的厂房结构振动问题较常规电站更为突出,已成为厂房结构设计的关键问题之一[8]。
我国最近建成运行的多座蓄能电站[9219],如西龙池、惠州、天荒坪、宝泉、张河湾、蒲石河等,均发生过不同程度的机组振动问题,其中也存在厂房振动现象,因此在大型蓄能电站厂房设计中,均开展振动稳定性分析评价与抗振优化设计,在设计阶段尽可能对振动加以预测和控制[20223]。
高水头高转速可逆式机组机械、电磁和水力振动荷载的幅频特性更为复杂,诱发厂房结构振动反应特性也十分复杂[24,25]。
厂房是机组重要的支承结构,故机墩必须要具有足够的支承刚度,避开共振区,控制强迫振动幅值在允许范围内;发电机层楼板是调速器和机旁盘的基础,对振动控制也有很高要求。
因此,对厂房动力设计提出了更高的要求。
在水电站厂房设计规范中,主要以共振和机墩振幅作为控制标准,关于振动速度、加速度、动应力和噪声等,缺少明确的规定,以往多参照其他国际或国内行业规范。
在人体健康的影响评价上,主要以噪声和所处位置的加速度等级为指标进行评价[21]。
电站内部布置的调速器等仪器设备对振动也十分敏感,其振动控制指标主要是振动速度。
同时,厂房结构也属于建筑结构,应从振动位移和加速度等方面进行评价。
当振动较大可能超标时,需要研究结构修改的抗振优化设计措施。
近些年来我国由于大批抽水蓄能电站的建设,对此开展了大量的研究,主要采用三维有限元分析方法,但每个电站各有其特点,目前还缺少普遍性的机理研究和成熟的设计经验[22223]。
本文以仙居抽水蓄能电站为研究实例,参考国内外有关建筑结构、动力机械基础及人体健康的振动控制标准,从共振复核、刚度设计、强迫振动计算和抗振优化设计等角度,利用三维有限单元法,对厂房振动加以预测和控制,为厂房动力设计提供技术支撑,也为同类型工程抗振设计和安全运行提供参考。
1 计算模型及方法浙江仙居抽水蓄能电站为日调节纯抽水蓄能电站,电站装机容量为1500M W (4@375MW )。
电站枢纽主要包括上水库、输水系统、地下厂房系统、地面开关站及下水库,其中下水库为已建下岸水库等。
地下厂房系统主要由主/副厂房洞、进厂交通洞、母线洞、主变洞、主变运输洞、500kV 出线洞、通风兼安全洞及各层排水廊道等洞室群组成,另有500kV 开关站等地面建筑物。
厂房区域的围岩为灰白、灰绿色角砾凝灰岩、凝灰岩,岩石致密坚硬,岩体呈中2厚层状结构,局部为薄层状,断层不发育,以Ò类围岩为主,断层破碎带附近为Ó类围岩,工程地质条件较好。
