水道水力过渡过程计算大纲范本
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1 FJD34270 FJD
水利水电工程 技术设计阶段
水道水力过渡过程计算大纲范本
水利水电勘测设计标准化信息网
1998年3月 2
水电站技术设计阶段
水道水力过渡过程计算大纲
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勘测设计研究院
年 月 3 目 次
1. 引 言 ..................................................... 4
2. 设计依据文件和规范 ......................................... 4
3. 计算基本资料 ............................................... 4
4. 大波动水力过渡过程计算 ....................................... 7
5. 小波动水力过渡过程计算 ...................................... 15
6. 专题研究（必要时） .......................................... 16
7. 应提供的设计成果 ............................................ 17
4 １ 引 言
＿＿抽水蓄能电站位于＿＿，在电力系统中的功能是＿＿。电站总装机容量＿＿MW，单机容量＿＿MW。机组型号＿＿。电站开发方式(首部开发、中部开发、尾部开发) ＿＿。引水系统由＿＿组成。
本工程为＿＿等工程。可行性研究报告于＿＿年＿＿月审查通过。
2 设计依据文件和规范
2.1 有关本工程文件
(1) 工程可行性研究报告；
(2) 工程可行性研究报告审批文件；
(3) 技术设计任务书。
2.2 主要设计规范
(1) SD 303—88 水电站进水口设计规范
(2) SD 144—85 水电站压力钢管设计规范(试行)
(3) DL/T 5058-1996 水电站调压室设计规范
(4) SDJ 173—85 水力发电厂机电设计技术规范
(5) SD 134—84 水工隧洞设计规范(试行)
(6) GB 9652—88 水轮机调速器与油压装置技术条件
2.3 参考资料和手册
《水电站机电设计手册》(水力机械部分)。
3 计算基本资料
3.1 水库(水池)特征水位
(1) 上库(上水池)水位：正常蓄水位＿ｍ；死 水 位＿ｍ。
(2) 下库(下水池)水位：正常蓄水位＿ｍ；死 水 位＿ｍ。 5 提示：对于混合式抽水蓄能电站，尚应补充上、下库设计、校核洪水位。
3.2 引水系统布置
(1)引水系统平面布置
(2)引水系统纵剖面布置
(3)引水系统特征参数，见表1
表1 引水系统特征参数表
管道
编号 部位 直径
m 面积
m2 长度
m 管道
末端
高程
m 水头损失系数，×Q2
备注 局部水头损失 沿程水头损失
水轮机
工 况 水 泵
工 况 最大值 平均值 最小值
1
„
注：（1）引水系统编号示意图，可表示在上表备注栏中。
（2）Q为水轮机流量或水泵流量。对于沿程水头损失，指管道本身流量，对于局部水头损失，指主管道流量。
（3）水头损失系数按有关水力学手册和规范进行计算，必要时进行水工模拟试验，参照使用试验成果。
3.3 机组参数及特性
3.3.1 机组主要参数
(1)机 型 ＿＿；
(2)额定转速ｎ0 ：＿＿r／min；
(3)飞逸转速ｎｐ ：＿＿r／min；
(4)额定出力：＿＿MW；
(5)输入功率：＿＿MW；
(6)转轮直径：＿＿ｍ；
(7)飞轮力矩GD2：＿＿t.ｍ2；
(8)安装高程：＿＿ｍ；
(9)额定水头的发电流量：＿＿ｍ３／ｓ；
(10)最高扬程的流量：＿＿ｍ3／ｓ；
(11)最低扬程的流量：＿＿ｍ３／ｓ。
3.3.2 机组特性
(1)机组全特性曲线(Q′１-ｎ′１）；
(2)机组转矩全特性曲线(M′1-ｍ′１）； 6 (3)水泵工况的H-P,H-Q,H-Y特性曲线；
(4)水轮机工况的P-Q,P-Y特性曲线。
符号说明：Q′1——单元流量；
ｎ′１——单元转速；
M′１——单元力矩；
H ——对应工况的水头；
P ——对应工况的出力；
Q ——对应工况的流量；
Y ——对应工况的效率。
3.3.3 机组运行的可能特性和要求及电力系统资料
(1)水轮机丢弃全负荷的最多可能台数：＿＿；
(2)水泵断电的最多可能台数：＿＿；
(3)ＡＦＣ调相运行方式负荷变动要求：＿＿；
(4)电力系统资料：主要包括电气主结线，电站在系统中的地位，以及电网特性等。
3.4 调压室型式、几何尺寸及参数
3.4.1 调压室形式
＿＿调压室形式＿＿。
3.4.2 调压室几何尺寸
(1)调压室剖面布置图。
(2)控制高程：
调压室下部隧洞中心高程＿＿ｍ；
调压室下部隧洞洞顶高程＿＿ｍ；
调压室下部隧洞底部高程＿＿ｍ；
调压室底部高程＿＿ｍ；
调压室顶部高程＿＿ｍ；
调压室井周地面最高高程＿＿ｍ；
调压室井周地面最低高程＿＿ｍ。 7 (3)调压室不同高程与断面积对应尺寸，见表2。
表2 调压室不同高程与断面积对应尺寸表
断面编号 高 程m 直 径m 面 积m2 备 注
1
说明：断面编号示意图，可在备注栏中表示。
3.4.3 调压室参数
根据调压室的型式及细部构造，确定参数。
提示：（1）阻抗式调压室：
阻抗孔口尺寸＿＿ｍ2；
阻抗系数＿＿；
（2）差动式调压室：
升管内径＿＿ｍ；
升管外径＿＿ｍ；
升管溢流口高程＿＿ｍ；
升管溢流系数＿＿；
孔口流入大井流量系数＿＿；
孔口流出大井流量系数＿＿。
4 大波动水力过渡过程计算
4.1 计算原理和方法
4.1.1 计算原理
提示：对于大中型抽水蓄能电站的水力过渡过程计算分析，建议采用特征线法。本方法计算精度较高，能方便地处理各种复杂的边界条件，合理地计算管道摩阻以及适应导叶各种启闭规律。
4.1.1.1 计算原则和假定
(1)水击压力、调压室涌浪以及机组转速升高应联合进行计算；
(2)对于复杂管路系统不应进行简化，即是不宜用当量管、合肢(截肢)法进行分析；
(3)水流按一维流动考虑；
(4)管壁和水流均视作弹性体；
(5)管道内充满水(有压流)，不考虑含气的影响。
4.1.1.2 基本方程 8 0022XHVXVgatHVVDftVXVVXHgatXDVVftVtHagCdd02ddddatXDVVftVtHagCdd02dddd由水流一维流动的运动方程及连续方程，可得如下一组拟线性双曲型偏微分方程：
(1)
式中: V——流速，ｍ／ｓ；
H——压力水头，ｍ；
X——网格座标，ｍ；
ｔ——时间，ｓ；
ｇ——重力加速度，g=9.81ｍ／ｓ2；
ａ——波速，ｍ／ｓ；
D——管径，ｍ；
ｆ——摩阻系数。
4.1.2 计算方法
4.1.2.1 特征线法
当假定管道中的有压水流为一维流动时，利用特征线法，可将描述水体非恒定流的运动方程及连续方程转化为两个特征线上的全微分方程：
(2)
(3)
式中符号说明同式(1)。
为了求解上列方程，一般采用一阶有限差分法，已保证有足够的精度。通常采用矩形网格进行计算。
4.1.2.2 边界条件
