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第九章水电站的水锤与调节保证计算第一节概述一、水电站的不稳定工况机组在稳定运行时，水轮机的出力与负荷相互平衡，这时机组转速不变，水电站有压引水系统(压力隧洞、压力管道、蜗壳及尾水管)中水流处于恒定流状态。
在实际运行过程中，电力系统的负荷有时会发生突然变化(如因事故突然丢弃负荷，或在较短的时间内启动机组或增加负荷)，破坏了水轮机与发电机负荷之间的平衡，机组转速就会发生变化。
此时水电站的自动调速器迅速调节导叶开度，改变水轮机的引用流量，使水轮机的出力与发电机负荷达到新的平衡，机组转速恢复到原来的额定转速。
由于负荷的变化而引起导水叶开度、水轮机流量、水电站水头、机组转速的变化，称为水电站的不稳定工况。
其主要表现为：(1) 引起机组转速的较大变化由于发电机负荷的变化是瞬时发生的，而导叶的启闭需要一定时间，水轮机出力不能及时地发生相应变化，因而破坏了水轮机出力和发电机负荷之间的平衡，导致了机组转速的变化。
丢弃负荷时，水轮机在导叶关闭过程中产生的剩余能量将转化为机组转动部分的动能，从而使机组转速升高。
反之增加负荷时机组转速降低。
(2) 在有压引水管道中发生“水锤”现象当水轮机流量发生变化时，管道中的流量和流速也要发生急剧变化，由于水流惯性的影响，流速的突然变化使压力水管、蜗壳及尾水管中的压力随之变化，即产生水锤。
导叶关闭时，在压力管道和蜗壳中将引起压力上升，尾水管中则造成压力下降。
反之导叶开启时，在压力管道和蜗壳内引起压力下降，而在尾水管中引起压力上升。
(3) 在无压引水系统(渠道、压力前池)中产生水位波动现象。
无压引水系统中产生的水位波动计算在第八章已介绍。
二、调节保证计算的任务水锤压力和机组转速变化的计算，一般称为调节保证计算。
调节保证计算的任务及目的是：(1) 计算有压引水系统的最大和最小内水压力。
最大内水压力作为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据之一；最小内水压力作为压力管道线路布置、防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据。
第九章水电站的水锤与调节保证计算第一节概述一、水电站的不稳定工况机组在稳定运行时，水轮机的出力与负荷相互平衡，这时机组转速不变，水电站有压引水系统(压力隧洞、压力管道、蜗壳及尾水管)中水流处于恒定流状态。
在实际运行过程中，电力系统的负荷有时会发生突然变化(如因事故突然丢弃负荷，或在较短的时间内启动机组或增加负荷)，破坏了水轮机与发电机负荷之间的平衡，机组转速就会发生变化。
此时水电站的自动调速器迅速调节导叶开度，改变水轮机的引用流量，使水轮机的出力与发电机负荷达到新的平衡，机组转速恢复到原来的额定转速。
由于负荷的变化而引起导水叶开度、水轮机流量、水电站水头、机组转速的变化，称为水电站的不稳定工况。
其主要表现为：(1) 引起机组转速的较大变化由于发电机负荷的变化是瞬时发生的，而导叶的启闭需要一定时间，水轮机出力不能及时地发生相应变化，因而破坏了水轮机出力和发电机负荷之间的平衡，导致了机组转速的变化。
丢弃负荷时，水轮机在导叶关闭过程中产生的剩余能量将转化为机组转动部分的动能，从而使机组转速升高。
反之增加负荷时机组转速降低。
(2) 在有压引水管道中发生“水锤”现象当水轮机流量发生变化时，管道中的流量和流速也要发生急剧变化，由于水流惯性的影响，流速的突然变化使压力水管、蜗壳及尾水管中的压力随之变化，即产生水锤。
导叶关闭时，在压力管道和蜗壳中将引起压力上升，尾水管中则造成压力下降。
反之导叶开启时，在压力管道和蜗壳内引起压力下降，而在尾水管中引起压力上升。
(3) 在无压引水系统(渠道、压力前池)中产生水位波动现象。
无压引水系统中产生的水位波动计算在第八章已介绍。
二、调节保证计算的任务水锤压力和机组转速变化的计算，一般称为调节保证计算。
调节保证计算的任务及目的是：(1) 计算有压引水系统的最大和最小内水压力。
最大内水压力作为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据之一；最小内水压力作为压力管道线路布置、防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据。
第四章水电站的水击及调节保证计算本章重点内容：水电站有压引水系统非恒定流现象和调节保证计算的任务、单管水击简化计算、复杂管路的水击解析计算及适用条件、机组转速变化的计算方法和改善调节保证的措施。
第一节概述一、水电站的不稳定工况由于负荷的变化而引起导水叶开度、水轮机流量、水电站水头、机组转速的变化，称为水电站的不稳定工况。
其主要表现为：(1) 引起机组转速的较大变化丢弃负荷：剩余能量→机组转动部分动能→机组转速升高增加负荷：与丢弃负荷相反。
(2) 在有压引水管道中发生“水击”现象管道末端关闭→管道末端流量急剧变化→管道中流速和压力随之变化→“水击”。
导时关闭时，在压力管道和蜗壳中将引起压力上升，尾水管中则造成压力下降。
导叶开启时则相反，将在压力管道和蜗壳内引起压力下降，而在尾水管中则引起压力上升。
(3) 在无压引水系统(渠道、压力前池)中产生水位波动现象。
二、调节保证计算的任务(一) 水击的危害(1) 压强升高过大→水管强度不够而破裂；(2) 尾水管中负压过大→尾水管汽蚀，水轮机运行时产生振动；(3) 压强波动→机组运行稳定性和供电质量下降。
(二) 调节保证计算水击和机组转速变化的计算，一般称为调节保证计算。
1．调节保证计算的任务：(1) 计算有压引水系统的最大和最小内水压力。
最大内水压力作为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据；最小内水压力作为压力管道线路布置，防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据；(2) 计算丢弃负荷和增加负荷时转速变化率，并检验其是否在允许的范围内。
(3) 选择调速器合理的调节时间和调节规律，保证压力和转速变化不超过规定的允许值。
(4) 研究减小水击压强及机组转速变化的措施。
2．调节保证计算的目的正确合理地解决导叶启闭时间、水击压力和机组转速上升值三者之间的关系，最后选择适当的导叶启闭时间和方式，使水击压力和转速上升值均在经济合理的允许范围内。
第二节水击现象及其传播速度1、一、水击现象1．定义在水电站运行过程中，为了适应负荷变化或由于事故原因，而突然启闭水轮机导叶时，由于水流具有较大的惯性，进入水轮机的流量迅速改变，流速的突然变化使压力水管、蜗壳及尾水管中的压力随之变化，这种变化是交替升降的一种波动，如同锤击作用于管壁，有时还伴随轰轰的响声和振动，这种现象称为水击。
第九章水电站的水锤及调节保证计算本章重点内容：水电站有压引水系统非恒定流现象和调节保证计算的任务、单管水锤简化计算、复杂管路的水锤解析计算及适用条件、机组转速变化的计算方法和改善调节保证的措施。
第一节概述一、水电站的不稳定工况由于负荷的变化而引起导水叶开度、水轮机流量、水电站水头、机组转速的变化，称为水电站的不稳定工况。
其主要表现为：(1) 引起机组转速的较大变化丢弃负荷：剩余能量→机组转动部分动能→机组转速升高增加负荷：与丢弃负荷相反。
(2) 在有压引水管道中发生“水锤”现象管道末端关闭→管道末端流量急剧变化→管道中流速和压力随之变化→“水锤”。
导时关闭时，在压力管道和蜗壳中将引起压力上升，尾水管中则造成压力下降。
导叶开启时则相反，将在压力管道和蜗壳内引起压力下降，而在尾水管中则引起压力上升。
(3) 在无压引水系统(渠道、压力前池)中产生水位波动现象。
二、调节保证计算的任务(一) 水锤的危害(1) 压强升高过大→水管强度不够而破裂；(2) 尾水管中负压过大→尾水管汽蚀，水轮机运行时产生振动；(3) 压强波动→机组运行稳定性和供电质量下降。
(二) 调节保证计算水锤和机组转速变化的计算，一般称为调节保证计算。
1．调节保证计算的任务：(1) 计算有压引水系统的最大和最小内水压力。
最大内水压力作为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据；最小内水压力作为压力管道线路布置，防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据；(2) 计算丢弃负荷和增加负荷时转速变化率，并检验其是否在允许的范围内。
(3) 选择调速器合理的调节时间和调节规律，保证压力和转速变化不超过规定的允许值。
(4) 研究减小水锤压强及机组转速变化的措施。
2．调节保证计算的目的正确合理地解决导叶启闭时间、水锤压力和机组转速上升值三者之间的关系，最后选择适当的导叶启闭时间和方式，使水锤压力和转速上升值均在经济合理的允许范围内。
第二节 水锤现象及其传播速度一、 水锤现象1．定义在水电站运行过程中，为了适应负荷变化或由于事故原因，而突然启闭水轮机导叶时，由于水流具有较大的惯性，进入水轮机的流量迅速改变，流速的突然变化使压力水管、蜗壳及尾水管中的压力随之变化，这种变化是交替升降的一种波动，如同锤击作用于管壁，有时还伴随轰轰的响声和振动，这种现象称为水锤。
水电站调节保证计算水电站是利用水能将水能转换成电能的发电设施，其主要特点是具备调节能力。
水电站的主要调节措施是通过水位、发电量、出水量等方式对电力系统的负荷需求进行调节。
水电站的调节保证措施不仅涉及到电力调度计划的合理性，还需要充分考虑潮汐、降雨等自然因素。
对于水电站调节保证计算方案，需要从以下几个方面进行考虑：调节保证能力计算水电站的调节保证能力是指水电站在一定的时段内，保证根据调度计划，满足各种突发情况和电力系统的电力负荷需求的能力。
水电站调节保证能力计算的主要任务是确定水位调节能力，发电量调节能力以及出水量调节能力等。
按照国家水电站调度管理规定，应定期对水电站的调节保证能力进行检验和评定，以确保其满足电力系统对其的需要。
调节保证方案审核调节保证方案是指，在确定水电站调节保证能力后，编制的针对具体水文条件及电力负荷的调节保证方案。
在编制调节保证方案时，需要充分考虑自然条件变化及电力负荷变化等影响因素，制定出全面、可操作性强的调节保证方案。
该方案需经过审核、调度验收后才可执行。
调节保证管理调节保证管理是指对水电站日常运行的调节保证计划的监督和管理。
在水电站日常运行中，管理人员需要密切关注河流水文变化以及电力负荷变化等信息，及时调整调节保证计划，保证水电站运行正常、稳定。
管理人员还需要对水电站的调度计划进行跟踪和分析，及时对调度计划进行调整和改型，确保在保证调节方案准确性的前提下，最大限度地提高水电站发电效率。
调节保证监测调节保证监测是指对水电站进行常态化的水文、气象、水位、发电量、出水量等运行指标的监测。
该监测能够及时发现水电站发电过程中出现的问题，以及独立检验水电站调节保证能力计算结果的准确性。
对于监测结果不良的问题，管理人员需要及时进行恰当的调整。
水电站是一个拥有调节能力的重要发电设施，是电力系统的重要组成部分。
水电站为了保证系统运行稳定和可靠，需要对其进行健全完善的调节保证管理。
在管理中，涉及到调节保证能力计算、调节保证方案审核、调节保证管理、调节保证监测等多个环节的组合，需要实现各环节的协调、衔接和协作，保证水电站的稳定运行。
第五章 水电站调节保证计算5.1调节保证计算的目的、任务（1）调保计算目的、任务在水电站运行中，负荷与机组出力达到平衡使机组转速稳定。
但由于各种突发事故，造成机组突然与系统解列，机组甩掉部分，或者全部负荷。
在甩负荷时，由于导叶迅速的关闭，水轮机的流量急剧变化，因此在水轮机过水系统内产生水击。
调保计算就是在电站初步设计阶段计算出上述过程中的最大转速上升及最大压力上升值。
另外，调保计算的目的是使压力升高和转速升高不超过允许值，确保电站水机系统安全稳定运行。
调节保证计算一般应对两个工况进行，即计算设计水头和最大水头甩全负荷的压力上升和速率上升，并取其较大者。
一般在前者发生最大速率升高，在后者发生最大压力升高。
（2）灯泡贯流式机组过渡过程的特点灯泡水轮发电机组的调节过渡过程与常规机组相比有一些不同，一般轴流机组惯性力矩主要取决于发电机的飞轮力矩，对于灯泡机组来说，由于受灯泡比的限制，发电机直径约为立式机组的3/5，其惯性力矩仅相当于立式机组的1/10左右，因而，水轮机惯性和水体附加惯性力矩所占的比重应大大增加，而水体附加惯性力矩则随叶片安放角的增加而增加，所以对灯泡机组的过渡过程分析必须考虑其影响。
（3）调保计算标准根据/51862004DL T -《水力发电厂机电设计规范》，水轮机在机组甩负荷时的最大转速升高率max β宜小于60%；导水叶前最大压力上升率宜为70%100%～。
根据有关已建电站试验证明，采用导叶分段关闭规律，8m 尾水管的真空度不大于水柱。
（4）已知计算参数 装机容量：418.5⨯MW水头参数：max 6.8H =m ， 5.82Hav =m ， 5.3r H =m ，5.1min =H m 水轮机参数：水轮机型号：()1102730GZ WP --，68.2/min r n r =，3398.6/r Q m s =，尾水管参数：尾水管进口直径3==7.1D d (m)尾水管直锥段长度：211=2.0=2.07.3=14.6L D ⨯(m)尾水管直锥段直径：41=1.428=1.4287.3=10.42D D ⨯(m)尾水管混合过渡段长度：221=2.7=2.77.3=19.71L D ⨯(m)尾水管混合过渡段高度：1h=1.453=1.4537.3=10.61D ⨯(m) 尾水管混合过渡段宽度：1B=2.04=2.047.3=14.892D ⨯(m)机组转动部分飞轮力矩()3t m ⋅：查《灯泡贯流式水电站》155P ：2222GD GD D D G G =++水体附加发电机水轮机发电机飞轮力矩23i t KD l GD =发电机式中：K -经验系数, 查《灯泡贯流式水电站》126P ,表6-10：68.2/min r n r =，=4.7~5.1K ，取=5K 。
调保计算（附件5）调保计算⼀、调节保证计算的任务（⼀）⽔击的危害(1)压强升⾼过⼤→⽔管强度不够⽽破裂；(2)尾⽔管中负压过⼤→尾⽔管汽蚀，⽔泵运⾏时产⽣振动；(3)压强波动→机组运⾏稳定性和供电质量下降。
（⼆）调节保证计算⽔击和机组转速变化的计算，⼀般称为调节保证计算。
1．调节保证计算的任务：(1) 计算有压引⽔系统的最⼤和最⼩内⽔压⼒。
最⼤内⽔压⼒作为设计或校核压⼒管道、蜗壳和⽔泵强度的依据；最⼩内永压⼒作为压⼒管道线路布置，防⽌压⼒管道中产⽣负压和校核尾⽔管内真空度的依据；(2)计算丢弃负荷和增加负荷时转速变化率，并检验其是否在允许的范围内。
(3)选择调速器合理的调节时间和调节规律，保证压⼒和转速变化不超过规定的允许值。
(4)研究减⼩⽔击压强及机组转速变化的措施。
2．调节保证计算的⽬的正确合理地解决导叶启闭时间、⽔击压⼒盒机组转速上升值三者之间的关系，最后选择适当的导叶启闭时间和⽅式，使⽔击压⼒和转速上升值均在经济合理的允许范围内。
⼆、⽔击现象1．定义在⽔站运⾏过程中，为了适应负荷变化或由于事故原因，⽽突然启闭⽔泵导叶时，由于⽔流具有较⼤的惯性，进⼊⽔泵的流量迅速改变，流速的突然变化使压⼒⽔管、蜗壳及尾⽔管中的压⼒随之变化，这种变化是交替升降的⼀种波动，如同锤击作⽤于管壁，有时还伴随轰轰的响声和振动，这种现象称为⽔击。
2．⽔击特性(1)⽔击压⼒实际上是由于⽔流速度变化⽽产⽣的惯性⼒。
当突然启闭阀门时，由于启闭时间短、流量变化快，因⽽⽔击压⼒往往较⼤，⽽且整个变化过程是较快的。
(2)由于管壁具有弹性和⽔体的压缩性，⽔击压⼒将以弹性波的形式沿管道传播。
注:⽔击波在管中传播⼀个来回的时间 tr=2L/a，两个相为⼀个周期2tr=T(3)⽔击波同其它弹性波⼀样，在波的传播过程中，在外部条件发⽣变化处（即边界处）均要发⽣波的反射。
其反射特性（指反射波的数值及⽅向）决定于边界处的物理特性。
三、⽔击波的传播速度⽔击波速与管壁材料、厚度、管径、管道的⽀承⽅式以及⽔的弹性模量等有关，其计算公式为：式中K—⽔的体积弹性模量，⼀般为2.06×l03MPa;E—管壁材料的纵向弹性模数（钢村E=2.06×l03MPa，铸铁E=0.98×l05MPa，混凝⼟E=2.06×l04MPa)；为声波在⽔中的传播速度，随温度和压⼒的升⾼⽽加⼤，⼀般取1435m/s。
