《抽水蓄能電站水力過渡過程計(jì)算分析導(dǎo)則》編制說明

4基本規(guī)定

4.1抽水蓄能電站水力過渡過程直接關(guān)系關(guān)系著電站的安全與投資，故計(jì)算應(yīng)遵循確保安全、經(jīng)濟(jì)

合理的原則。

4.2在預(yù)可行性研究階段，輸水系統(tǒng)及機(jī)組特性均沒有最終確定，此階段只提出初步設(shè)計(jì)成果。

4.3在可行性研究階段，一方面輸水系統(tǒng)布置及各個(gè)建筑物體型、尺寸等需比選、優(yōu)化后確定，另

一方面，根據(jù)確定的輸水系統(tǒng)布置，提出調(diào)節(jié)保證設(shè)計(jì)值的要求，作為下階段招標(biāo)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

4.4對(duì)于蓄能電站，機(jī)組特性對(duì)過渡過程計(jì)算影響十分敏感，故在招標(biāo)與施工詳圖階段獲得機(jī)組特

性后，應(yīng)進(jìn)行過渡過程復(fù)核計(jì)算，必要時(shí)可根據(jù)復(fù)核結(jié)果對(duì)輸水發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行局部修改。

4.5在電站建設(shè)調(diào)試階段，需進(jìn)行單機(jī)甩負(fù)荷及同一水力單元的多機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)，為控制風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)

在同一試驗(yàn)條件下，對(duì)過渡過程試驗(yàn)結(jié)果與水力過渡過程計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)合對(duì)比分析預(yù)

測(cè)單機(jī)甩全負(fù)荷或同一水力單元多機(jī)甩全負(fù)荷結(jié)果，以確保電站安全。

4.6輸水發(fā)電系統(tǒng)管徑、長度、機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、機(jī)組特性等為影響過渡過程結(jié)果有重要因素，故當(dāng)

有變化時(shí)，應(yīng)對(duì)水力過渡過程計(jì)算成果進(jìn)行復(fù)核。

4.7一般情況下，進(jìn)水閥只作為截?cái)嗨鞯陌踩O(shè)施，如參與過渡過程調(diào)節(jié)，其關(guān)閉速度大幅減小，

進(jìn)水閥將產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，不利于電站的長期安全可靠運(yùn)行。

5計(jì)算控制值及第8節(jié)調(diào)節(jié)保證設(shè)計(jì)值的選取

2013年10月，水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院以“水電規(guī)機(jī)電[2013]12號(hào)”文“關(guān)于印發(fā)水電站輸水發(fā)

電系統(tǒng)調(diào)節(jié)保證設(shè)計(jì)專題報(bào)告編制暫行規(guī)定（試行）的通知”，提出調(diào)節(jié)保證設(shè)計(jì)的參數(shù)分為水力過

渡過程計(jì)算控制值、水力過渡過程計(jì)算值、調(diào)節(jié)保證設(shè)計(jì)值等。其中水力過渡過程計(jì)算控制值是以

現(xiàn)行規(guī)范推薦值為基礎(chǔ)、結(jié)合工程實(shí)際與經(jīng)驗(yàn)確定的水力過渡過程計(jì)算時(shí)的限制性參數(shù)值；水力過

渡過程計(jì)算值是針對(duì)選定工況進(jìn)行水力過渡過程計(jì)算得出的成果值；調(diào)節(jié)保證設(shè)計(jì)值是對(duì)水力過渡

過程計(jì)算值進(jìn)行修正后確定的設(shè)計(jì)成果。修正值包括計(jì)算誤差及壓力脈動(dòng)裕量兩部分，其中計(jì)算誤

差主要考慮計(jì)算模型與輸水發(fā)電系統(tǒng)存在一定偏差，如機(jī)組特性、輸水系統(tǒng)特性等；而壓力脈動(dòng)目

前尚無精確的計(jì)算模型，在過渡過程計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算時(shí)無法計(jì)算。

（1）蝸殼進(jìn)口最大壓力升高率（計(jì)算控制值、調(diào)節(jié)保證設(shè)計(jì)值）

在DL/T5186中，對(duì)常規(guī)機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)的蝸殼最大壓力升高保證值規(guī)定如下：

額定水頭小于20m時(shí)，宜為70％～100％；

額定水頭在20m～40m時(shí)，宜為70％～50％；

額定水頭在40m～100m時(shí)，宜為50％～30％；

額定水頭在100m～300m時(shí)，宜為30％～25％。

1

對(duì)于抽水蓄能電站，水頭一般較高，同時(shí)水泵水輪機(jī)進(jìn)出口直徑相差也大，在甩負(fù)荷時(shí)機(jī)組水

力制動(dòng)效應(yīng)更加明顯，在機(jī)組甩負(fù)荷過渡過程中更加容易進(jìn)入反水泵區(qū)或進(jìn)入反水泵區(qū)更深，從而

使得蝸殼進(jìn)口至尾水管進(jìn)口處水流異常紊亂，產(chǎn)生較大的壓力脈動(dòng)。在近期已建抽水蓄能電站中，

水力過渡過程計(jì)算控制值是以現(xiàn)行規(guī)范推薦值為基礎(chǔ)，為滿足尾水管進(jìn)口最小壓力要求，同時(shí)考慮

到抽水蓄能機(jī)組壓力脈動(dòng)的影響，蝸殼壓力升高率保證值呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，由此適當(dāng)放寬壓力升高

的要求。根據(jù)國內(nèi)部分已建、在建抽水蓄能電站蝸殼最大壓力保證值統(tǒng)計(jì)，大部分蓄能電站的蝸殼

最大壓力保證值已經(jīng)超過30%，達(dá)到35%～38%。國內(nèi)部分已建、在建抽水蓄能電站蝸殼最大壓力保

證值統(tǒng)計(jì)見下表。

國內(nèi)部分已建、在建抽水蓄能電站蝸殼最大壓力保證值表

蝸殼最大靜水頭設(shè)計(jì)值/最大

電站名稱額定水頭（m）保證值（m）設(shè)計(jì)值(m)

（m）靜水頭

瑯琊山126181.8239.6239.61.32

白蓮河195267326.2329.31.23

桐柏244344.21428.1428.11.24

蒲石河308394509.7509.71.29

張河灣305394530.1530.11.35

宜興363474.56406401.35

十三陵4305356906901.29

寶泉510639.6800864.51.35

呼和浩特5216609009001.36

天荒坪526680.28878871.3

西龍池640769.5101510151.32

仙游4305326727281.37

黑糜峰2953855005001.3

響水澗190274.053523591.31

清遠(yuǎn)470570.57807801.37

泰安2253093983981.29

仙居4475687467841.38

由此，本條建議計(jì)算控制值按不大于30%控制，而保證值則以計(jì)算值為基礎(chǔ)經(jīng)修正后得到。

(2)壓力修正值（壓力脈動(dòng)修正值、計(jì)算誤差）

對(duì)壓力脈動(dòng)裕量及計(jì)算誤差的取值，不同的廠家有著不同的經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于歐洲廠家，一般對(duì)蝸殼

最大壓力在計(jì)算值的基礎(chǔ)上考慮10%壓力上升作為計(jì)算誤差，5%～7%的壓力脈動(dòng)峰峰值作為壓力脈

動(dòng)裕量，而最大轉(zhuǎn)速上升則不進(jìn)行修正。對(duì)于日本廠家，蝸殼進(jìn)口最大壓力取10%的壓力上升作為

計(jì)算誤差，甩負(fù)荷前凈水頭的7%作為壓力脈動(dòng)裕量；對(duì)于尾水管最小壓力，取甩負(fù)荷前凈水頭的3.5%

或甩入力前凈揚(yáng)程的2%作為壓力脈動(dòng)裕量；對(duì)于最大轉(zhuǎn)速上升，增加計(jì)算值與額定轉(zhuǎn)速差值的5%

作為計(jì)算誤差余量。

國內(nèi)部分已建抽水蓄能電站的現(xiàn)場(chǎng)過渡過程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與過渡過程計(jì)算值見下表：

2

國內(nèi)部分已建抽水蓄能電站的現(xiàn)場(chǎng)雙機(jī)甩負(fù)荷實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與過渡過程計(jì)算值對(duì)比表

張河灣西龍池仙游蒲石河瑯琊山

項(xiàng)目

錄波值計(jì)算值錄波值計(jì)算值錄波值計(jì)算值錄波值計(jì)算值錄波值計(jì)算值

1#1#3#3#1#1#1#1#2#2#

上庫正常蓄水位（m）8108101492.51492.5741741392392171.8171.8

上庫水位(m)796.288101470.51470.5730.25730.25387.7392171.8171.8

下庫水位(m)465.71488808.35808.35286.23286.2362.986225.7422

安裝高程(m)416416723723201201-2-2-10-10

閥前最大靜壓力(m)394769.5769.5540540394394181.8181.8

蝸殼初始?jí)毫Γ╩)382.91725.51435.87325.68169.39176.26

蝸殼最大壓力(m)508482.93992.653923.564680.54619.56493.4451.25224.49203.7

7%靜壓（脈動(dòng)）27.5853.8737.827.5812.73

10%的壓力升高(安全)1019.8118.3712.562.74

計(jì)算+脈動(dòng)+安全520.51997.244675.73491.39219.17

尾水管最小壓力(m)2052.2733.26547.64437.5453.7427.439.812.6514.5

3%靜壓（脈動(dòng)）11.8223.0916.211.825.45

10%的壓力降(安全)1.973.773.152.421.75

計(jì)算-脈動(dòng)-安全38.4820.78434.3925.567.3

升速率(%)4444.483335.138.339.6339.637.7438.437.46

注：張河灣計(jì)算工況與試驗(yàn)工況水位略有差別，上水庫水位差13.72m，下水庫水位差22.17m，甩前毛水頭差8.45m。

3

我國抽水蓄能電站過渡過程計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算及試驗(yàn)案例還不夠全面覆蓋所有揚(yáng)程范圍的

抽水蓄能機(jī)組，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試工況與原過渡過程計(jì)算工況大多又存在一定的差別，從目前掌

握的資料來看，抽水蓄能電站蝸殼最大壓力及尾水管最小壓力的計(jì)算值與試驗(yàn)值存在的差異

較大，需進(jìn)行修正；轉(zhuǎn)速計(jì)算值差別較小，可不做修正。故本導(dǎo)則建議目前階段參考初步統(tǒng)

計(jì)值及國外有關(guān)廠家做法，對(duì)抽水蓄能電站的過渡過程計(jì)算值暫按下表進(jìn)行修正確定調(diào)節(jié)保

證設(shè)計(jì)值：

1）壓力脈動(dòng)裕量

工況增加到計(jì)算結(jié)果中的壓力脈動(dòng)

甩負(fù)荷工況時(shí)壓力鋼管的最大壓力閥前最大靜水頭的7%

甩負(fù)荷工況時(shí)尾水管的最小壓力閥前最大靜水頭的2%～3.5%

甩入力工況時(shí)壓力鋼管的最小壓力甩入力前凈揚(yáng)程的2%

甩入力工況時(shí)尾水管進(jìn)口(轉(zhuǎn)輪出口)處的最大壓力甩入力前凈揚(yáng)程的3%

2）計(jì)算誤差

工況余量

任何工況的壓力增加或減少計(jì)算值與初始?jí)毫Σ钪档?%～10%

任何工況的轉(zhuǎn)速不做修正

對(duì)于常規(guī)水電站,一般用靜水頭（即上游水位與尾水位之差）作為計(jì)算蝸殼壓力升高率的

基準(zhǔn)值，但對(duì)于埋深很大的高水頭抽水蓄能電站,這樣做相對(duì)誤差就太大了，因此建議用上庫

正常蓄水位與蝸殼進(jìn)口中心線高程差（即蝸殼進(jìn)口中心線的靜水壓）作為計(jì)算蝸殼壓力升高

率ξ的基準(zhǔn)值。

（3）機(jī)組轉(zhuǎn)速上升率

在條件相同的情況下，水泵水輪機(jī)組飛逸轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速比值nk較常規(guī)機(jī)組的比值nk小。

例如寧波溪口抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)組的比值nk為1.38，水頭與它相近的漁子溪水電站常

規(guī)機(jī)組的比值nk為1.64。我國部分已建和在建的高水頭水泵水輪機(jī)組的比值nk見下表。

國內(nèi)部分已建、在建抽水蓄能電站的水泵水輪機(jī)組的nk值

電站名稱西龍池天荒坪廣蓄二期十三陵張河灣蒲石河寧波溪口泰安

飛逸轉(zhuǎn)速680667690681469425830433

額定轉(zhuǎn)速500500500500333.33