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[摘 要]我国已投产的装备抽水蓄能电站均不同程度的存在瞬态过程中水力机组振动和稳定性问题，严重影响电站功率的发挥和经济效益。
[关键词]抽水蓄能电站
中图分类号：TK01 文献标识码：TK 文章编号：1009―914X（2013）25―0398―01
水泵水轮机机组是抽水蓄能电站的核心设备，其效率和运行稳定性体现整个抽水蓄能枢纽工程的最终经济效益。抽水蓄能电站具有水头高、工况转换频繁及输水系统中存在双向水流等特性，其瞬态过程除具有常规电站的特性外，还具有其特殊性：一是工况多且变换复杂，抽蓄机组基本工况有静止、发电、发电调相、抽水、抽水调相等五种，各种工况间的变换排列组合多达二十四种，常见的工况切换有二十种[1]；二是工况转换频繁且速度快，机组需要在较短的时间内改变工况以适应电网的负荷需要，一般情况下工况转换为一日数次，有些抽水蓄能电站的工况变化达一小时数次[2]。此外，与水轮机相比，水泵水轮机自身存在着“S”特性[3]和泵工况的驼峰特性，“S”特性的存在会使机组在飞逸、泵工况失电等瞬态过程中的进入反水泵区太深，稳定性变差；其驼峰特性使得泵工况启动条件下机组及引水管道出现较大的压力振荡。
我国已投产的装备抽水蓄能电站均不同程度的存在瞬态过程中水力机组振动和稳定性问题，严重影响电站功率的发挥和经济效益。以天荒坪抽水蓄能电站[4]为例，机组在低水头空载运行，抽水停机、增减负荷、抽水调相转抽水等工况下发生机组不稳定、无法并网、异音、导叶机构破坏、抬机等事故，造成了巨大的经济损失。类似的现象各抽蓄电站时有发生，2008年7月，宜兴抽水蓄能电站3号机组过速试验后紧急停机过程中产生了剧烈机械振动[5，6]。天堂抽水蓄能电站自2001年投产至2005年底，机组开机不成功次数已累计达到175次[7]。2006年3月，沙河抽水蓄能电站2号机组开机启动过程中上导轴承摆度出现报警，造成跳机[8，9]。日本Kazunogawa抽水蓄能电站在甩负荷试验时，发生了严重的抬机现象，转子系统部分轴向移动了4mm[10]。
上述事故主要发生在水泵水轮机工况转换的瞬态过程中。瞬态工况中，由于泵工况转水轮机工况瞬态过程不仅运行在泵工况的驼峰区，而且还会通过水轮机工况的“S”区，其运行过程的稳定性问题尤为突出。泵工况转水轮机工况瞬态过程经过了水泵断电、空载启动以及加载并网三个瞬态过程，水泵水轮机内部流动复杂多变，呈现强烈的不稳定性，易引起水压脉动和机组转子系统的不稳定性。目前，瞬态过程非定常流动机理尚不清楚，所以为工程设计、运行及故障诊断提供参考依据，开展瞬态流动基础理论及方法的研究意义重大。
水泵水轮机中的真实流动是非定常的，瞬态过程流动的非定常性不仅影响水泵水轮机的效率、稳定性，还能激发振动和噪声，甚至导致叶片等发生颤振失稳，产生过量附加动应力而产生裂纹，甚至断裂破坏。一般认为活动导叶的出流与转轮入流的相互干涉引起的脱流、转轮流出的旋回水流与尾水管的相互干涉引起的压力脉动以及尾水管空化涡带等都会使机组进入偏工况，影响机组运行的稳定性。随着水泵水轮机不断向高比转速、大容量的方向发展，对机组的稳定性要求越来越高，瞬态流动对机组稳定性的影响也会更加凸现。为了预测实际瞬态过程的复杂流动，瞬态流动的数值模拟已成为机组计算分析的热点问题和前沿方向，也是水力机组振动和稳定性研究中亟待解决的核心问题之一。
参考文献
[1] 陆佑楣. 抽水蓄能电站[M]. 北京：水利电力出版社，1992.
[2] 常工. 抽水蓄能技术的发展趋势[J]. 国际电力. 1998（1）：27-29.
[3] 胡旭光，水泵水轮机不稳定性运行的初步探讨，水电站机电技术，2001年第2期：18-20.
[4]何少润，导叶不同步装置在天荒坪抽水蓄能电站的应用. 水力发电学报，2002（3）：第88-99页.
[5]乐振春与孔令华，天荒坪抽水蓄能电站2号机组抬机原因分析. 水电站机电技术，2005. 28（5）：第11-13页.
[6] 蔡军，周喜军，邓磊，等. 江苏宜兴抽水蓄能电站3 号机组过速试验异常水击现象的研究[J]. 水力发电. 2009，35（2）：76-79.
[7] 林福军，杨洪涛. 天堂抽水蓄能电厂开机不成功原因分析及对策[J]. 水电自动化与大坝监测. 2006，30（5）：77-80.
[8] 王以军，王小建，刘云鹏. 沙河抽水蓄能电站号机上导摆度超标的分析与处理[J]. 水力发电. 2007，33（9）.
[9] 杨海学，吴小放，邓建峰. 沙河抽水蓄能电站两台机组水泵工况跳机原因分析[J]. 水力发电. 2007，33（9）：73-75.
[10] Kurokawa J，Inagaki M，Imamura H. TRANSIENT AXIAL THRUST OF HIGH-HEAD PUMP-TURBINE AT LOAD REJECTION [Z]. Lausanne：2002.
作者简介
许鑫 2008年毕业于中国石油大学（华东）过程装备与控制专业，现工作于中国石油大庆石化公司塑料厂，从事设备管理工作。
[关键词]抽水蓄能电站
中图分类号：TK01 文献标识码：TK 文章编号：1009―914X（2013）25―0398―01
水泵水轮机机组是抽水蓄能电站的核心设备，其效率和运行稳定性体现整个抽水蓄能枢纽工程的最终经济效益。抽水蓄能电站具有水头高、工况转换频繁及输水系统中存在双向水流等特性，其瞬态过程除具有常规电站的特性外，还具有其特殊性：一是工况多且变换复杂，抽蓄机组基本工况有静止、发电、发电调相、抽水、抽水调相等五种，各种工况间的变换排列组合多达二十四种，常见的工况切换有二十种[1]；二是工况转换频繁且速度快，机组需要在较短的时间内改变工况以适应电网的负荷需要，一般情况下工况转换为一日数次，有些抽水蓄能电站的工况变化达一小时数次[2]。此外，与水轮机相比，水泵水轮机自身存在着“S”特性[3]和泵工况的驼峰特性，“S”特性的存在会使机组在飞逸、泵工况失电等瞬态过程中的进入反水泵区太深，稳定性变差；其驼峰特性使得泵工况启动条件下机组及引水管道出现较大的压力振荡。
我国已投产的装备抽水蓄能电站均不同程度的存在瞬态过程中水力机组振动和稳定性问题，严重影响电站功率的发挥和经济效益。以天荒坪抽水蓄能电站[4]为例，机组在低水头空载运行，抽水停机、增减负荷、抽水调相转抽水等工况下发生机组不稳定、无法并网、异音、导叶机构破坏、抬机等事故，造成了巨大的经济损失。类似的现象各抽蓄电站时有发生，2008年7月，宜兴抽水蓄能电站3号机组过速试验后紧急停机过程中产生了剧烈机械振动[5，6]。天堂抽水蓄能电站自2001年投产至2005年底，机组开机不成功次数已累计达到175次[7]。2006年3月，沙河抽水蓄能电站2号机组开机启动过程中上导轴承摆度出现报警，造成跳机[8，9]。日本Kazunogawa抽水蓄能电站在甩负荷试验时，发生了严重的抬机现象，转子系统部分轴向移动了4mm[10]。
上述事故主要发生在水泵水轮机工况转换的瞬态过程中。瞬态工况中，由于泵工况转水轮机工况瞬态过程不仅运行在泵工况的驼峰区，而且还会通过水轮机工况的“S”区，其运行过程的稳定性问题尤为突出。泵工况转水轮机工况瞬态过程经过了水泵断电、空载启动以及加载并网三个瞬态过程，水泵水轮机内部流动复杂多变，呈现强烈的不稳定性，易引起水压脉动和机组转子系统的不稳定性。目前，瞬态过程非定常流动机理尚不清楚，所以为工程设计、运行及故障诊断提供参考依据，开展瞬态流动基础理论及方法的研究意义重大。
水泵水轮机中的真实流动是非定常的，瞬态过程流动的非定常性不仅影响水泵水轮机的效率、稳定性，还能激发振动和噪声，甚至导致叶片等发生颤振失稳，产生过量附加动应力而产生裂纹，甚至断裂破坏。一般认为活动导叶的出流与转轮入流的相互干涉引起的脱流、转轮流出的旋回水流与尾水管的相互干涉引起的压力脉动以及尾水管空化涡带等都会使机组进入偏工况，影响机组运行的稳定性。随着水泵水轮机不断向高比转速、大容量的方向发展，对机组的稳定性要求越来越高，瞬态流动对机组稳定性的影响也会更加凸现。为了预测实际瞬态过程的复杂流动，瞬态流动的数值模拟已成为机组计算分析的热点问题和前沿方向，也是水力机组振动和稳定性研究中亟待解决的核心问题之一。
参考文献
[1] 陆佑楣. 抽水蓄能电站[M]. 北京：水利电力出版社，1992.
[2] 常工. 抽水蓄能技术的发展趋势[J]. 国际电力. 1998（1）：27-29.
[3] 胡旭光，水泵水轮机不稳定性运行的初步探讨，水电站机电技术，2001年第2期：18-20.
[4]何少润，导叶不同步装置在天荒坪抽水蓄能电站的应用. 水力发电学报，2002（3）：第88-99页.
[5]乐振春与孔令华，天荒坪抽水蓄能电站2号机组抬机原因分析. 水电站机电技术，2005. 28（5）：第11-13页.
[6] 蔡军，周喜军，邓磊，等. 江苏宜兴抽水蓄能电站3 号机组过速试验异常水击现象的研究[J]. 水力发电. 2009，35（2）：76-79.
[7] 林福军，杨洪涛. 天堂抽水蓄能电厂开机不成功原因分析及对策[J]. 水电自动化与大坝监测. 2006，30（5）：77-80.
[8] 王以军，王小建，刘云鹏. 沙河抽水蓄能电站号机上导摆度超标的分析与处理[J]. 水力发电. 2007，33（9）.
[9] 杨海学，吴小放，邓建峰. 沙河抽水蓄能电站两台机组水泵工况跳机原因分析[J]. 水力发电. 2007，33（9）：73-75.
[10] Kurokawa J，Inagaki M，Imamura H. TRANSIENT AXIAL THRUST OF HIGH-HEAD PUMP-TURBINE AT LOAD REJECTION [Z]. Lausanne：2002.
作者简介
许鑫 2008年毕业于中国石油大学（华东）过程装备与控制专业，现工作于中国石油大庆石化公司塑料厂，从事设备管理工作。