向家坝电站模型水轮机水力性能研究

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向家坝电站模型水轮机水力性能研究

Ｋｅｒｓｆａｃｓｕｂｅｈｄａｌｅｏｍａｃ；Ｄｙｗｏｄ：ｒｎｉｒｉ；ｙｔｎｒｕｉｐｒｒｎｅＣＦｃｆ
前言
向家坝水电站是金沙江下游河段规划的最下游一个梯级电站，坝址位于四川省宜宾县（左岸）和云南省水富县（右岸）交界的金沙江下游河段上，是一座以发电为主，兼顾航运、灌溉、防洪、拦沙和梯级反调节等综合利用的特大型水电站。向家坝电站与三峡电站属于同一水头段电站，但其装机容量大，单机容量为８２１ＭＷ，超过了已建三峡电站的单机容量，而且向家坝电站水轮机大部分时间处于高水头区域运行，机组的运行工况比三峡电站更为复杂，对机组的稳定性要求也就更高。因此，向家坝的水力开发需要在三峡右岸成功经验的基础上，在解决高部分负荷压力脉动问题，提高机组运行的稳定性上再有新的实质性的突破。向家坝电站水轮机在高水头区域运行的稳定性能的研究也自然成为本项研究的重中之重。
证向家坝电站在高水头运行区域的稳定性，在改型设计过程中在满足水轮机出力的同时提高转轮最优流量与额定流量间的差距，通过减小最优单位流量，使特
ｌ电站设计参数及运行条件
１１电站运行参数．
装机台数：装机利用小时数：最大毛水头：额定水头：
ＨｙｒｕｉＰｒｏｍａｃｅｅｒｈｏｉｎａａＨｙｒｐｗｅｌｎｏｅＴｒｉｅｄａｌｅｆｒｎｅＲｓａｃｆａ西ｉｂｄｏｏｒａｔｄｌｕｂｎｃＸＰＭ

某电站50 MW水轮发电机数学建模和仿真分析

２０２０年第１２期２０２０Ｎｕｍｂｅｒ１２水电与新能源ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲＡＮＤＮＥＷＥＮＥＲＧＹ第３４卷Ｖｏｌ.３４ＤＯＩ:１０.１３６２２/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｎ４２－１８００/ｔｖ.１６７１－３３５４.２０２０.１２.０１２收稿日期:２０２０－０９－０５作者简介:柳呈祥ꎬ男ꎬ助理工程师ꎬ主要从事水电站励磁㊁直流系统调试㊁检修㊁维护工作ꎮ某电站５０ＭＷ水轮发电机数学建模和仿真分析柳呈祥ꎬ张元栋ꎬ程诗龙ꎬ黄柯维(中国长江电力股份有限公司三峡水力发电厂ꎬ湖北宜昌㊀４４３１３３)摘要:以某电站５０ＭＷ水轮发电机组为研究对象ꎬ对电机进行了模型参数计算ꎬ建立了发电机的数学模型ꎻ应用Ｍａｔｌａｂ软件中的ｓｉｍｕｌｉｎｋ工具ꎬ以建立的数学模型为基础搭建了凸极水轮发电机仿真模型ꎬ并对所建模型并网后的运行特性进行仿真研究ꎬ验证了所建模型的正确性ꎮ关键词:水轮发电机ꎻ参数计算ꎻＭａｔｌａｂꎻ数学模型中图分类号:ＴＭ３１２㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１６７１－３３５４(２０２０)１２－００４９－０５ＭａｔｈｅｍａｔｉｃａｌＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓｏｆａ５０ＭＷＨｙｄｒｏ￣ｔｕｒｂｉｎｅＧｅｎｅｒａｔｏｒＵｎｉｔＬＩＵＣｈｅｎｇｘｉａｎｇꎬＺＨＡＮＧＹｕａｎｄｏｎｇꎬＣＨＥＮＧＳｈｉｌｏｎｇꎬＨＵＡＮＧＫｅｗｅｉ(ＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＰｌａｎｔꎬＣｈｉｎａＹａｎｇｔｚｅＰｏｗｅｒＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＹｉｃｈａｎｇ４４３１３３ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｆｏｒａ５０ＭＷｈｙｄｒｏ￣ｔｕｒｂｉｎｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｕｎｉｔａｎｄｔｈｅｍｏｄｅｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄ.ＴｈｅｎꎬａｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎＳｉｍｕｌｉｎｋｔｏｏｌｂｏｘｉｎＭａｔｌａｂｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ.Ｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌａｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｈｙｄｒｏ￣ｔｕｒｂｉｎｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｕｎｉｔꎻｐａｒａｍｅｔｅｒｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎꎻＭａｔｌａｂꎻｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ㊀㊀同步发电机是电力系统的心脏ꎬ直接影响电力系统的的稳定运行ꎮ由于电机非线性㊁强耦合㊁多变量的特点ꎬ电机的动态特性复杂ꎬ而电机的动态性能对电力系统的动态稳定非常重要ꎬ所以对电机的模型进行深入的研究是十分必要的[１]ꎮ对于同步电机的数学模型主要有ａｂｃ轴和ｄｑ轴两种参考坐标系ꎬａｂｃ坐标系可以完整反映气隙基波和谐波磁场的电磁关系ꎬ但是电感参数变化会给此坐标系下的计算和分析造成不便ꎻｄｑ轴坐标系只计基波磁场的作用ꎬ可以实现定子绕组㊁转子绕组和阻尼绕组的电感解耦ꎬ目前来说ꎬ通常采用ｄｑ轴坐标进行电机建模ꎮ本文以某电站凸机同步发电机为例ꎬ建立了发电机在ｄｑ轴下的数学模型ꎬ并对此模型进行了Ｍａｔｌａｂ/Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真ꎬ最后对仿真波形进行分析ꎬ验证了模型的正确性ꎮ１㊀发电机数学模型１.１㊀ｄｑ坐标系下的电机有名值方程为了建立同步发电机模型ꎬ必须对实际电机作必要的简化假设:１)定子三相绕组结构上完全相同ꎬ在空间上相差１２０ʎ电角度ꎮａｂｃ三相绕组对其轴线而言结构对称ꎮ２)电机转子在结构上是完全对称的ꎮ转子各绕组如果有电流ｉ流过ꎬ只考虑正弦基波分量ꎮ３)对于电机沿直轴或交轴的磁路ꎬ如果磁势波是对称于直轴或交轴正弦分布的ꎬ则磁密波也对称于直轴或者交轴正弦分布ꎬ或者说对于磁密波只计其基波分量[２]ꎮｄｑ坐标系下的电机暂态方程适应转子的旋转和凸极效应ꎬ所以一般选用ｄｑ坐标系建模ꎮ电压和磁链方程如下ꎮ９４水电与新能源２０２０年第１２期电压方程:ｕｄ＝ｐψｄ－ωψｑ－ｒｉｄｕｑ＝ｐψｑ＋ωψｄ－ｒｉｑｕｆ＝ｐψｆ＋ｒｆｉｆ０＝ｐψＤ＋ｒＤｉＤ０＝ｐψＱ＋ｒＱｉＱ(１)式中:ｕｄ㊁ｕｑ㊁ｕｆ分别为ｄｑ轴电压和励磁绕组的电压ꎻψｄ㊁ψｑ㊁ψｆ㊁ψＤ㊁ψＱ分别为各绕组磁链ꎻｉｄ㊁ｉｑ㊁ｉｆ㊁ｉＤ㊁ｉＱ分别为各绕组中流过的电流瞬时值ꎻｒ㊁ｒｆ㊁ｒＤ㊁ｒＱ分别为各绕组电阻ꎻω为转子电角速度ꎻｐ为微分算子ꎬｐ＝ｄｄｔꎮ磁链方程:㊀ψｄψＦψＤæèçççöø÷÷÷＝ＬｄＭｆＭＤＫＭｆＬｆＭＲＫＭＤＭＲＬＤéëêêêêùûúúúú－ｉｄｉｆｉＤéëêêêêùûúúúú㊀ψｑψＱæèçöø÷＝ＬｄＭＱＫＭＱＬＱéëêêùûúú－ｉｄｉＱéëêêùûúú(２)式中:Ｌｄ㊁Ｌｑ分别为ｄｑ同步电感系数ꎻＬｆ㊁ＬＤ㊁ＬＱ分别为励磁和阻尼绕组自感系数ꎻＭＲ为励磁和阻尼Ｄ绕组自感系数ꎻＭｆ㊁ＭＤ㊁ＭＱ分别为定子和转子绕组互感系数幅值ꎮ１.２㊀ｄｑ坐标系下的标幺值方程用有名值来进行同步电机的分析时ꎬ存在量级差异较大的情况ꎬ用归算到自身容量基值下的标幺值表示则更加合理ꎮ因此ꎬ对电机有名值方程还需进行标幺化ꎮ对有名值方程进行规范化的过程就是标幺化的过程ꎬ首先要确定有关变量的基准值ꎮ发电机定子侧基准电压ＵＢ㊁基准电流ＩＢ㊁基准容量ＳＢ㊁基准频率ｆＢ和基准角频率ωＢ为[３]㊀㊀ＵＢ＝２ＵＲ㊀㊀ＩＢ＝２ＩＲ㊀㊀ＳＢ＝ＳＲ＝３ＵＲＩＲ＝３２ＵＢＩＢ㊀㊀ｆＢ＝５０Ｈｚ㊀㊀ωＢ＝２πｆｂ式中:ＵＲ为发电机额定相电压有效值ꎻＩＲ为发电机额定相电流有效值ꎻＳＲ为发电机额定容量ꎮ定子侧绕组基准磁链ψＢ㊁基准自感系数ＬＢ和时间基准值ｔＢ关系为ψＢ＝ＵＢｔＢψＢ＝ＬＢＩＢ转子ｆ㊁Ｄ和Ｑ各绕组变量分别取以下基准值ＵｆＢ＝ＫＦＵＢＵＤＢ＝ＫＤＵＢＵＱＢ＝ＫＱＵＢüþýïïïψｆＢ＝ＫＦψＢψＤＢ＝ＫＤψＢψＱＢ＝ＫＱψＢüþýïïïＩｆＢ＝３２１ＫＦＩＢＩＤＢ＝３２１ＫＤＩＢＩＱＢ＝３２１ＫＱＩＢüþýïïïïïïïＳＦＢ＝ＳＤＢ＝ＳＱＢ＝ＳＲ式中:ＫＦ㊁ＫＤ为励磁和阻尼Ｄ绕组对定子ｄ绕组的等效匝比ꎻＫＱ为阻尼Ｑ绕组对定子ｑ绕组的等效匝比ꎮ经过规范化后的磁链方程为ψｄψＢψｆψｆＢψＤψＤＢæèçççççççöø÷÷÷÷÷÷÷＝ＬｄＬＢＭｆ２３ＫＦＬＢＭＤ２３ＫＤＬＢ２３ＭｆＫＦＬＢＬｆ２３ＫＦ２ＬＢＭＲ２３ＫＤＫＦＬＢ２３ＭＤＫＤＬＢＭＲ２３ＫＦＫＤＬＢＬＤ２３ＫＤ２ＬＢéëêêêêêêêêêêêêêùûúúúúúúúúúúúúú－ｉｄＩＢｉｆ３２１ＫＦＩＢｉＤ３２１ＫＤＩＢéëêêêêêêêêêêùûúúúúúúúúúúψｑψＢψｑψＱＢæèççççöø÷÷÷÷＝ＬｑＬＢＭＱ２３ＫＱＬＢ２３ＭＤＫＱＬＢＬＱ２３ＫＱ２ＬＢＬＱéëêêêêêêêêùûúúúúúúúú－ｉｑＩＢｉＱ３２１ＫＱＩＢéëêêêêêêùûúúúúúú(３)由于电感标幺值与电抗标幺值相等ꎬ可以不区分ꎬ上式可改写为ψｄ∗ψｆ∗ψＤ∗æèçççöø÷÷÷＝Ｘｄ∗Ｘａｄ∗Ｘａｄ∗Ｘａｄ∗Ｘｆ∗ＸＲ∗Ｘａｄ∗ＸＲ∗ＸＤ∗éëêêêêùûúúúú－ｉｄｉｆｉＤéëêêêêùûúúúúψｑ∗ψＱ∗æèçöø÷＝Ｘｑ∗Ｘａｑ∗Ｘａｑ∗ＸＱ∗éëêêùûúú－ｉｑｉＱéëêêùûúú(４)电压方程为０５柳呈祥ꎬ等:某电站５０ＭＷ水轮发电机数学建模和仿真分析２０２０年１２月ｕｄ∗＝ｄｄｔ∗(ψｄ∗)－ω∗ψｑ∗－ｒ∗ｉｄ∗ｕｑ∗＝ｄｄｔ∗(ψｑ∗)＋ω∗ψｄ∗－ｒ∗ｉｑ∗ｕｆ∗＝ｄｄｔ∗(ψｆ∗)＋ｒｆ∗ｉｆ∗ｕＤ∗＝ｄｄｔ∗(ψＤ∗)＋ｒＤ∗ｉＤ∗＝０ｕＱ∗＝ｄｄｔ∗(ψＱ∗)＋ｒＱ∗ｉＱ∗＝０(５)由于后续分析的电气量均为标幺值ꎬ将∗省略ꎮ电机参数一般以运算电抗和实用参数给出ꎬ其中ｄｑ轴运算电抗为Ｘｄ(ｐ)＝ψｄ－ｉｄＸｑ(ｐ)＝ψｑ－ｉｑ由式(４)和(５)可求得:㊀㊀Ｘｄ(ｐ)＝Ｘｄ－Ｂ(ｐ)Ａ(ｐ)Ａ(ｐ)＝ｐ２(ＸＤＸｆ－Ｘａｄ２)＋ｐ(ＸＤｒｆ＋ＸｆｒＤ)＋ｒＤｒｆＢ(ｐ)＝ｐ２(ＸＤ＋Ｘｆ－２Ｘａｄ)Ｘａｄ２＋ｐ(ｒｆ＋ｒＤ)Ｘａｄ２㊀㊀Ｘｑ(ｐ)＝Ｘ１＋Ｘａｑ(ＸＱ１＋ｒＱｐ)Ｘａｑ＋(ＸＱ１＋ｒＱｐ)(６)除以上电磁方程ꎬ还有转子运动方程２Ｈｄωｄｔ＝Ｔｍ－ＴｅＴｅ＝ψｄｉｑ－ψｑｉｄ(７)式中:Ｈ为机组惯性时间常数ꎻＴｍ为机械力矩ꎻＴｅ为电磁转矩ꎮ２㊀标幺值选定和仿真参数计算表１为某电站发电机主要电气参数ꎬ由式(４)(５) (７)搭建电机模型需知道发电机定子绕组㊁转子绕组和阻尼绕组的电抗值㊁电阻值ꎬ还需知道机组惯性时间常数ꎮ由于建模采用标幺值系统ꎬ应对发电机电气参数进行标幺化ꎬ本节对发电机标幺值选定和发电机参数进行分析和计算ꎮ定子绕组基准值选择[４－５]ＳａＢ＝ＳＮ＝５８.８ＭＶＡＵａＢ＝２ＵＲ＝２ˑ１０５００/３＝８５７３.２ＶＩａＢ＝２ＩＲ＝４５７４.３Ａ表１　发电机主要电气参数表项目额定工况发电机功率ＰＮ/ＭＷ５０功率因数ｃｏｓφＮ０.８５发电机容量ＳＮ/ＭＶＡ５８.８额定电压ＵＮ/ｋＶ１０.５额定电流ＩＮ/Ａ３２３４.５额定转速ｎＮ/(ｒｍｉｎ－１)２７２.７额定频率ｆＮ/Ｈｚ５０直轴同步电抗Ｘｄ(不饱和值)/ｐ.ｕ.１.０５８直轴瞬变电抗Ｘᶄｄ(不饱和值)/ｐ.ｕ.０.３０７直轴超瞬变电抗Ｘᵡｄ/ｐ.ｕ.０.２０３交轴同步电抗Ｘｑ/ｐ.ｕ.０.６７５交轴超瞬变电抗Ｘᵡｑ/ｐ.ｕ.０.２１４定子绕组漏抗Ｘ１/ｐ.ｕ.０.１１９ｄ轴短路暂态时间常数Ｔᶄｄ/ｓ１.９６２ｄ轴开路暂态时间常数Ｔᶄｄ０/ｓ６.７６ｄ轴短路次暂态时间常数Ｔᵡｄ/ｓ０.０４４１ｄ轴开路次暂态时间常数Ｔᵡｄ０/ｓ０.０６６５ｑ轴短路超瞬变时间常数Ｔᵡｑ/ｓ０.０５０２ｑ轴开路超瞬变时间常数Ｔᵡｑ０/ｓ０.１５７９６空载励磁电流Ｉｆ０/Ａ５９３额定励磁电流ＩｆＮ/Ａ１０６７额定励磁电压ＵｆＮ/Ｖ１６４定子绕组电阻Ｒａ/Ω０.００６４５励磁绕组电阻Ｒｆ/Ω０.１３０７飞轮力矩ＧＤ２/ｔｍ２１８５０ｆａＢ＝５０ＨｚωＢ＝２πｆＢ＝３１４.１６ｒａｄ/ｓＺａＢ＝ＲａＢ＝ＸａＢ＝１.８７４２ΩＬａＢ＝ＸａＢ/ωＢ＝５.９６６ˑ１０－３ＨψａＢ＝ＬａＢＩａＢ＝２７.２９Ｗｂ励磁绕组基准值选择ＳｆＢ＝ＳｆＢ＝ＳＮ＝５８.８ＭＶＡＬｄｆ＝ＵＢωＢｉｆ｜ｉｆ＝５９３Ａ＝０.０４６０２ＨＸａｄ∗＝Ｘａｄ∗－Ｘ１∗＝０.９３９ＩｆＢ＝ＸａｄＩＢωＢＬｄｆ＝(Ｘｄ－Ｘ１)ＩＢωＢＬｄｆ＝５５６.８Ａ１５水电与新能源２０２０年第１２期ＵｆＢ＝ＳＢＩｆＢ＝１０５.６ｋＶＺｆＢ＝ＲｆＢ＝ＸｆＢ＝１８９.７ΩＬｆＢ＝ＸｆＢ/ωＢ＝０.６０３８ＨψｆＢ＝ＬｆＢＩｆＢ＝３３６.２Ｗｂ定转子之间的互感基值选择ＬａｆＢ＝２３ＬａＢＬｆＢ＝０.０４９ＨＬｆａＢ＝２３ＬａｆＢ＝０.０７３５Ｈ力矩基值ＴＢ＝ＳａＢωｍＢ＝ｎｐＳａＢωｅＢ＝１１ˑ５８.８ˑ１０６３１４.１６＝２.０６ˑ１０６Ｎｍ由电机实用参数可继续求解得到电机模型参数[６](由于模型建立在标幺值基础上ꎬ后续如无特别说明均省略符号∗):Ｘａｄ＝Ｘｄ－Ｘ１＝０.９３９Ｘａｑ＝Ｘｑ－Ｘ１＝０.５５６Ｘｆ＝Ｘａｄ２Ｘｄ－Ｘᶄｄ＝１.１７４ＸＤ＝２.５５９ＸＱ＝０.６７１ｒ＝３.４４１ˑ１０－３ｒｆ＝５.５２８ˑ１０－３ｒＤ＝０.０８６５ｒＱ＝３.１６２ˑ１０－３转动惯量Ｊ＝１４ＧＤ２ˑ１０３＝４６２.５ˑ１０３ｋｇｍ２机组惯性时间常数Ｈ＝１２ＪωｍＢ２ＳａＢ＝３.２１ｓ至此ꎬ电机仿真所需所有建模参数均已求得ꎮ３㊀仿真模型３.１㊀模型搭建如图１所示ꎬ按照前面两节的电机电压方程㊁磁链方程㊁功率方程㊁电磁力矩方程和转子运动方程搭建电机模型ꎮ明显地ꎬ当考虑定子绕组㊁转子绕组和励磁绕组的电磁暂态过程以及转子的机械过渡过程时ꎬ发电机为七阶模型ꎬ完整的反映了电机系统的物理特性ꎮ电机模型采用标幺值系统ꎬ与上节的计算和分析对应ꎮ励磁系统采用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ自带的ＥｘｃｉｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍꎬ控制方式为ＰＩＤ＋ＰＳＳ２Ｂꎮ变压器选择Ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅＴｒａｎｓ￣ｆｏｒｍｅｒꎬ容量选择６０ＭＶＡꎬ一二次侧电压为１０.５ｋＶ/３５ｋＶꎮ输电线路选择３－ＰｈａｓｅＳｅｒｉｅｓＲＬＣＢｒａｎｃｈ(电阻０.００３Ωꎬ电感为０.００５Ｈ)ꎮ无穷大系统用３－ｐｈａｓｅＳｏｕｒｃｅ模块(１００００ＭＶＡ３５ｋＶ)和３－ｐｈａｓｅｐａｒａｌｌｅｌＲＬＣｌｏａｄ模块组成ꎮ图１㊀发电机Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真模型图２５柳呈祥ꎬ等:某电站５０ＭＷ水轮发电机数学建模和仿真分析２０２０年１２月３.２㊀仿真波形搭建好仿真模型后ꎬ可以对电机暂态过程进行模拟仿真ꎮ机械功率输出Ｐｍ＝１(ｐ.ｕ.)ꎬ给定电压Ｖｒｅｆ＝１(ｐ.ｕ.)ꎮ励磁电流Ｉｆ㊁励磁电压Ｕｆ㊁ｄｑ轴电压和电流㊁电磁功率Ｐｅ和输出功率Ｐｅｏ的仿真波形如图２－图４所示ꎮ图２㊀Ｉｆ㊁Ｕｆ㊁Ｕｄ和Ｕｑ仿真波形图(Ｐｍ＝１ꎬＶｒｅｆ＝１)图３㊀ｉｄ和ｉｑ仿真波形图(Ｐｍ＝１ꎬＶｒｅｆ＝１)从图中可知ꎬ励磁电压㊁励磁电流随时间趋于稳定并达到额定值ꎮＵｄ和Ｕｑ的稳定值分别为０.６４７(ｐ.ｕ.)和０.７６３(ｐ.ｕ.)ꎮＵｄ２＋Ｕｑ２稳定值刚好趋于图４㊀Ｐｅ和Ｐｅｏ仿真波形图(Ｐｍ＝１ꎬＶｒｅｆ＝１)电压额定值ꎮ电磁功率和电磁输出功率趋于１(ｐ.ｕ.)ꎬ和给定的机械功率平衡ꎬ因为模型中未考虑摩擦转矩作用ꎬ这与理论分析的结果是一致的ꎮ综合以上发电机电气量仿真波形ꎬ本文搭建的发电机模型正确ꎬ可真实反映发电机电气和机械特性ꎮ４㊀结㊀语发电机系统是一个典型非线性㊁强耦合的高阶系统ꎬ动态性能复杂ꎬ所以对发电机的建模力求精确ꎮ本文介绍了建立发电机ｄｑ轴坐标系下数学模型的基本方法ꎬ接着对某电站的电机参数进行了分析和计算ꎬ搭建了基于实际凸机水轮发电机的模型ꎬ最后通过Ｍａｔ￣ｌａｂ/Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真验证了模型的正确性ꎮ参考文献:[１]余贻鑫ꎬ陈礼义.电力系统的安全性和稳定性[Ｍ].北京:科学出版社ꎬ１９８８[２]黄家裕ꎬ岑文辉.同步电动机基本理论及其动态行为分析[Ｍ].上海:上海交通大学出版社ꎬ１９８９[３]高景德ꎬ张麟征.电机过渡过程的基本理论及分析方法[Ｍ].北京:科学出版社ꎬ１９８２[４]韩富春ꎬ闫根弟.暂态稳定数字仿真中发电机数学模型的研究[Ｊ].太原理工大学学报ꎬ２００５ꎬ３６(１):７５－７８[５]宋宏志.不同工况下大型水轮发电机电磁参数的计算[Ｄ].北京:华北电力大学ꎬ２０１１[６]倪以信ꎬ陈寿孙ꎬ张宝霖.动态电力系统的理论和分析[Ｍ].北京:清华大学出版社ꎬ２００２３５。

两河口水电站水轮机水力设计与性能分析研究

两河口水电站水轮机水力设计与性能分析研究本文依托两河口水电站的建设,对水轮机水力设计与性能进行了分析研究,
进行以下工作。

首先,根据电站基本参数和自然条件初步选定机型,设计不同方案。

其次根据不同叶片数、导叶高度、肥瘦导叶的设计方案进行数值模拟计算,分析不同设计方案中单位流量和叶片进口流动角差异。

最后,对水轮机的通流部件进行数值模拟及优化设计包括对不同类型蜗壳和双列叶栅、尾水管、叶片进行优化等,最终实现全流道数值模拟计算。

主要结论如下:通过对技术参数及安装运输等条件的分析对比,推荐使用立
轴混流式水轮机,水电站的装机台数为6台,单机容量为500MW,就水轮机工况比
转速、额定转速、额定比速系数、导叶相对高度、额定水头以及转轮叶片进出口比值给出了推荐建议和参考值。

针对不同叶片数、导叶高度、肥瘦导叶单位流量和叶片进口流动角度进行了 CFD仿真分析。

数值计算结果表明,两河口由于水头较高,常规叶片采用17叶片方案,长短
叶片采用15+15方案,为了便于长短叶片设计,导叶相对高度采用较高的0.205
方案。

通过对叶片进口流动角分析,叶片D1/D2取1.21左右。

考虑到无叶区压力脉动,导叶分布圆D0/D1放大到1.2,并采取厚导叶方案。

水轮机蜗壳、双列叶栅、尾水管和转轮叶片优化设计结果表明,轮机的通流部件内部流动状态得到了显著改善,压力分布和流速分布均匀合理,流动损失也控制
在合理的范围内。

转轮叶片表面光滑平顺,压力梯度变化均匀,速度梯度层次分明,内部流场光顺。

全流道数值模拟结果表明优化后通流部件在整个水力系统具有较强的适应性。

混流式水轮机的水力性能优化研究

混流式水轮机的水力性能优化研究概述混流式水轮机是一种常见的水力机械装置，被广泛应用于水电站和水资源利用项目中。

对于混流式水轮机的水力性能进行优化研究，可以提高其能效和发电能力，减少水资源的浪费。

1. 混流式水轮机的原理和特点混流式水轮机是一种将水能转换为机械能的装置。

其原理是通过引导水流进入轮机，经过转轮的作用，使水能转化为轮机轴上的机械能，从而驱动发电机组发电。

混流式水轮机的特点包括叶轮结构合理、转速范围宽、出力平稳等。

2. 水力性能优化的意义水力性能优化是指通过对混流式水轮机的结构和工作参数进行调整和改进，以提高其效率和性能。

优化混流式水轮机的水力性能可以降低发电成本，提高发电厂的经济效益，减少水资源的浪费，保护环境。

3. 影响水力性能的因素混流式水轮机的水力性能受到多种因素的影响，包括轮机结构、叶轮形状、进出口流道的设计、流量和转速的选择等。

其中，叶轮结构的优化、流道的流线型设计以及轴功率和效率的匹配是关键因素。

4. 水力性能优化方法（1）叶轮结构的优化：通过采用先进的设计工艺和材料，优化叶片的几何形状和叶片间隙的设计，以减小水流对叶轮的阻力，提高转轮的效率。

（2）流道的流线型设计：通过合理的流道设计，减小水流的阻力，降低能量损失，提高混流式水轮机的转化效率。

（3）轴功率和效率的匹配：根据工作条件的需求和电网负荷的变化，调整和匹配水轮机的叶轮转速和功率，以保持最佳的效率和性能。

（4）进口和出口流道的调整：通过优化进口和出口流道的形状和尺寸，减小流动阻力，提高转轮的效率。

5. 水力性能优化的实践案例水力性能优化的实践案例表明，通过合理的设计和调整混流式水轮机的结构和工作参数，可以显著提高其效率和性能。

例如，通过优化叶轮的几何形状和叶轮间隙的设计，可以提高叶轮的效率，降低转动阻力，使混流式水轮机的转化效率提高10%以上。

此外，在流道的流线型设计方面，合理使用隔音板和缩尺进口流道，可以降低流动阻力，提高转轮的效率。

向家坝水轮发电机组设计中一些值得借鉴的经验

向家坝水轮发电机组设计中一些值得借鉴的经验王敬【摘要】The underground hydropower station of Xiangjiaba Hydropower Station is equipped with 8 sets of 800MW units ( XJB units) , which is the largest single-power generator in the world. Now 4 units on the right bank designed by ALSTOM have safely operated for about one year. The successful operation of XJB units is based on the designing and operating experience of Three Gorge units (700MW). So the experiences of the design of XJB units can be referred by the future 1000MW generators tobe equipped in Wudongde and Baigetan Hydropower Stations. The key design that is critical to the generator performance is in-troduced in detail and some technical experiences are summarized aiming at the giant unit design.%向家坝水电站左右岸地下厂房装机8台单机额定出力为800 MW的机组，是目前我国和世界上单机容量最大的机组。

由阿尔斯通公司承建的4台右岸机组已全部安全运行近1a时间。

水电站水轮机的力学特性与效率分析

水电站水轮机的力学特性与效率分析水电站是一种利用水能转化为电能的重要能源设备，其中水轮机是水电站的核心设备之一。

水轮机的力学特性与效率的分析对于水电站的设计和运行至关重要。

本文将对水电站水轮机的力学特性与效率进行详细分析。

一、水轮机的力学特性分析1. 叶片设计水轮机的叶片设计直接决定了其水动力性能。

叶片的形状、数量、角度等参数需要合理设计，以达到最佳的水力效果。

常见的叶片设计包括直流式、斜流式和混流式等，不同类型的叶片适用于不同的水头和流量条件。

2. 叶片流场分析水轮机内部的水流经过叶片时会发生复杂的流场变化，包括叶片进口流动、叶片上游进口流动、叶片流道内流动等。

通过数值模拟等方法，可以对叶片流场进行分析，掌握水流在叶片上的分布情况，以优化叶片设计并提高水轮机的效率。

3. 叶轮与导向器的匹配水轮机由叶轮和导向器组成，二者的组合需要匹配，以实现最佳的水轮机运行效果。

导向器的角度、位置等参数与叶轮的叶片形状密切相关，通过合理的匹配设计可以使水流在叶轮上的流动更加顺畅，降低能量损失，提高水轮机的效率。

4. 动态特性分析水轮机在运行过程中受到水头变化、负荷变化等因素的影响，其动态特性需要进行分析。

通过建立水轮机的数学模型，可以模拟水轮机在不同工况下的响应，包括转速、功率、扭矩等参数的变化情况，从而为水电站的运行提供参考。

二、水轮机的效率分析1. 涡轮效率涡轮效率是指水轮机将水能转化为机械能的比率。

涡轮效率的计算与叶轮的流量、水头、叶片形状等因素有关。

常见的涡轮效率计算方法包括理论效率计算和实测效率计算，其中理论效率是在假设条件下计算得到的，而实测效率是在实际运行中测得的。

2. 机械效率机械效率是指水轮机将涡轮输出的机械能转化为电能的比率。

机械效率的计算与发电机的转子损失、轴承摩擦损失、机械传动损失等因素有关。

提高机械效率可以减少能量的损耗，提高水电站的发电效率。

3. 总效率总效率是指水轮机将水能转化为电能的综合效率。

向家坝水电站工程技术特点和难点

向家坝水电站工程技术特点和难点向家坝水电站工程技术特点和难点2009-01-20文/潘江洋编辑/田宗伟向家坝水电站是金沙江下游河段规划的最末1个梯级，坝址位于四川省宜宾县和云南省水富县交界处。

电站上距溪渡工程156.6km，下距宜宾市33km，离水富县城1.5km。

电站上距溪渡工程156km，下距宜宾市33km，离水富县城1.5km。

工程的开发任务以发电为主，同时改善航运条件，兼顾防洪、灌溉，并具有拦沙和对溪洛渡水电站进行反调节等作用。

电站主要供电华中、华东地区，兼顾川、滇两省用电需要。

向家坝水电站控制流域面积45.88万km2，占金沙江流域面积的97%。

正常蓄水位380m，死水位370m，水库总库容51.63亿m3，调节库容9.03亿m3，为不完全季调节水库。

电站装机容量6400MW，保证出力2009MW，多年平均发电量307.47亿kW•h，灌溉面积375.48万亩。

工程枢纽主要由挡水建筑物、泄洪消能建筑物、冲排沙建筑物、左岸坝后引水发电系统、右岸地下引水发电系统、通航建筑物及灌溉取水口等组成。

其中拦河大坝为混凝土重力坝，电站厂房分列两岸布置，泄洪建筑物位于河床中部略靠右侧，一级垂直升船机位于左岸坝后厂房左侧，左岸灌溉取水口位于左岸岸坡坝段，右岸灌溉取水口位于右岸地下厂房进水口右侧，冲沙孔和排沙洞分别设在升船机坝段的左侧及右岸地下厂房的进水口下部。

拦河大坝最大坝高162m，坝顶长度896.26m；两岸厂房各安装4台800MW机组，右岸地下厂房尺寸为255.0m×31.0m×85.5m(长×宽×高)，坝后厂房主厂房尺寸为226.94m×39.5m×79.15m(长×宽×高)；一级垂直升船机最大提升高度114.2m，设计年货运量112万t。

向家坝工程采用第一期先围左岸、第二期围右岸的分期导流方式，其导流程序为：第一期先围左岸，在左岸滩地上修筑一期土石围堰，在一期基坑中进行左岸非溢流坝段、冲沙孔坝段的施工，并在非溢流坝及冲沙孔坝段内共留设6个10m×14m(宽×高)的导流底孔及宽115m的缺口，同时在一期基坑中进行二期混凝土纵向围堰、上下游引泄水渠等项目的施工，由束窄后的右侧主河床泄流及通航。

向家坝巨型水轮发电机关键技术探讨

第４Ｏ卷第１期
２０１４年１月
水力发电
向家坝巨型水轮发电讥茭键技术探讨
郑满军．林太举
（长江三峡技术经济发展有限公司向家坝监理部，四川宜宾６４４６１２）
摘要：向家坝水电站单机容量８８８．９ＭＶ・Ａ巨型发电机冷却方式采用全空冷方式，为解决定子线棒温升问题，对
ｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎａｎｄｃｏｏｌｉｎｇａｎｄｔｈｅｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｓｔａｔｏｒａｎｄｒｏｔｏｒ．Ｔｈｅｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｈｙｄｒｏ－ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓｉｎ
ＸｉａｎｇｊｉａｂａＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＳｔａｔｉｏｎｃｒｅａｔｅｓａｎｅｗｅｒａｏｆｆｕｌｌａｉｒ－ｃｏｏｌｅｄｇｉａｎｔｈｙｄｒｏ－ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓｉｎｗｏｒｌｄ．
中图分类号：ＴＭ３１２文献标识码：Ａ文章编号：０５５９ — ９３４２（２０１４）０１ — ０００７～０３
０引
言
及以上的水轮发电机的 “ 每极容量 ”达到约９０００

混流式水轮机的水力稳定性分析探讨

215中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2018.10 （下）我国的水资源非常丰富，而且也是电力生产的大国，因此我国不仅有数量庞大的火电厂，还有一些太阳能的发电站和风力的发电站等。

因为我国的河流非常多，且河流所处的地形十分复杂，高度落差很大，进而在水力资源方面的潜能巨大。

依靠水力发电，自然需要水轮机的帮助，水轮机情况的好坏，将会直接对水电站中水力开发的效率和质量产生影响。

但就目前来看，由于人们在水轮机的水力稳定性方面的了解还过于浅显，进而导致水轮机在稳定性方面的问题愈发严重。

本文就影响混流式的水轮机水力稳定性的因素进行分析，希望可以对症下药，并使水力不够稳定的情况得到缓解。

1 混流式水轮机的应用现状混流式的水轮机可以被认为是目前应用最广泛的一类水轮机，此类水轮机的水头适用范围是十几米至几百米，但在进行实际应用时，水头大多为二十至七百米之间，因此这类水轮机适用于流量的变幅和水头都比较大的电站，其具有重量轻、尺寸小、结构紧凑、效率高以及操作和维护比较方便等优势，是目前开发的水力资源中，水头比较高的是一类优良机型。

目前许多正在在建以及待建的巨型机组内都是用到了混流式的水轮机，由于龙滩、拉西瓦以及三峡等大型的水电站建设的成功，且大批千瓦级混流式的机组的投产成功，使得在我国大型混流式水轮机方面的技术被越来越广泛的应用，并且在相关的技术上也有非常大的进步。

近些年以来，由于引进和吸收了国外的先进技术，使得在高水头的混流式的水轮机技术方面也有非常大的成果。

对这些年混流式水轮机的应用情况进行分析，可以发现未来这方面技术的发展将朝着稳定运行的范围更宽、容量更大以及水头更高的方面迈进。

混流式水轮机的水力稳定性分析探讨高健（四川松林河流域开发有限公司,四川石棉 625400）摘要：随着我国在科技和水电事业领域的不断发展，混流式的水轮机在制造与应用的发展上更加迅猛，但由于转速在不断提高，以及水电机组的容量尺寸在不断增大，水轮机的水力稳定性问题俨然已经变成了一个世界性的难题。

向家坝工程坝面隔墙水动力特性及体型优选研究

ｗｅｅｓｕｉｄｂｄｌｅｐｒｎｓａｄｔｅｅｐｒｍｅｔｌｅｕｔｒｐｌｄｉｅｆｎｔｌｍｅｔｔｏｎｌｚｈｄｌｒｔｄｅｙｍｏｅｘｅｉｍｅｔ，ｎｈｘｅｉｎａｓｌｗｅｅａｐｉｔｉｉｅｅｅｎｈｄｔａａｙｅｔｅｍｏａ— ｒｓｅｎｈｍｅｏｉｙａｄｔｅｄａｃｒｓｏｓｓｏｈｉｉｉｇｗａｌａｄｔｅｓｆｔｎｈｔｂｌｙｏｈｉｉｉｇｗａｌｒｖｌａｅａｅｎｔｎｈｙｍｉｅｐｎｅｆｔｅｄｖｄｎ－ｌ，ｎｈａｅｙａｄｔｅｓａｉｔｆｔｅｄｖｄｎ－ｌｗｅｅｅａｕｔｄｂｓｄｏｎｉｔｅｒｓｌｓＴｈｏｃｕｉｎｗａｈｔｔｅｄｖｄｎ－ｌｗｏｌｏｃｕｔｃａｔｃｒｓｎｎｅｉｔｒｗｈｎｔｅｄｍｉｃａｇｄｈｅｕｔ．ｅｃｎｌｓｏｓｔａｈｉｉｉｇｗａｌｕｄｎｔｏｃｒｓｏｈｓｉｅｏａｃｎｗａｅｅｈａｄｓｈｒｅｆｏｄｂｔｔｅｓｒｓｓｇｅｔｉｈｏｔｆｔｅｄｖｄｎ－ｌｎａｈｕｋｔＴｈｒｆｒ，ｏｅａｐｏｒａｅｍｅｓｒｓｓｃｓｒ— ｌｏ，ｕｈｔｅｓｗａｒａｎｔｅｒｏｈｉｉｉｇｗａｌｅｒｔｅｂｃｅ，ｅｅｏｅｓｍｐｒｐｉｔａｕｅ，ｕｈａｅｏｉｆｒｅｎｈｕｄｂａｅｏｓｒｎｔｅｈｉｉｉｇｗａｌｅｔｗａｅｉｎｄＴｈｃｉｖｍｅｔｏｈｓｐｐｒｈｄｐａｔａｎｏｃｍｅｔｓｏｌｅｔｋｎｔｔｅｇｈｎｔｅｄｖｄｎ－ｌｗｈｎｉｓｄｓｇｅ．ｅａｈｅｅｎｆｔｉａｅａｒｃｉｌｃ

水力发电水轮机水力性能的模拟计算与优化设计

水力发电水轮机水力性能的模拟计算与优化设计随着全球能源需求的增加，各国纷纷加大对可再生能源的开发和利用。

水力发电作为一种清洁、稳定且具有潜力的能源，逐渐成为各国关注的焦点。

水力发电中的水轮机作为关键部件之一，其性能直接影响着发电效率和经济效益。

因此，水力性能的模拟计算与优化设计显得尤为重要。

一、水力性能的模拟计算水力性能的模拟计算是指通过数学模型和计算机仿真技术，对水轮机在不同工况下的性能指标进行预测和分析。

这种方法司机让设计人员在设计初期就知道设计参数的影响，从而避免设计缺陷和不必要的试验。

同时，模拟计算还可为实际操作提供较好的指导。

水力性能的模拟计算主要包括三个方面：水轮机流动场模拟、水轮机叶轮的模拟设计、水轮机不同工况下性能参数的计算。

1.水轮机流动场模拟水轮机流动场模拟是指对水轮机内部、进口和出口处的流动场及其变化规律进行模拟和计算。

水轮机流动场内的流体为不可压缩流体，其运动规律受到伯努利定理、连续方程式、动量方程和能量方程等基本流体力学方程的制约。

因此，水轮机流动场的模拟计算需要通过流体力学计算软件，根据该方程计算出流场场系的变化规律。

2.水轮机叶轮的模拟设计水轮机叶轮的模拟设计是指对水轮机叶轮的三维几何形状进行建模和设计。

该技术主要基于CAD等计算机辅助设计软件，通过计算机模拟叶轮转动的运动规律，分析荷载情况和变形情况，并对叶轮结构参数进行优化，以实现水轮机整体性能的提高。

3.水轮机不同工况下性能参数的计算水轮机不同工况下性能参数的计算是指在考虑水轮机流动场的影响下，通过计算不同工况时的转速、扬程、流量等参数，对水轮机的性能进行分析和预测。

这种方法可较为精确地了解水轮机的性能变化规律，为优化设计提供科学依据。

二、水力性能的优化设计水力性能的优化设计是指基于模拟计算的结果，通过优化设计方法，对流场、叶轮结构、进出口流道形状、流体流量等方面进行优化，以提高水轮机的输出功率和效率。

水力性能优化设计主要包括以下几个方面：1.流场结构设计水轮机流场结构设计是指在考虑叶轮、进出口流道和水流转动规律的同时，通过改变叶轮和流道结构的参数，改善流体流动状态和分布特性，以减少流体的能量损失，提高水轮机的转换效率。

水力发电水轮机叶片设计及其性能分析

水力发电水轮机叶片设计及其性能分析本文将介绍水力发电水轮机叶片设计及其性能分析。

水力发电是一种充分利用水资源，将水的动能转化为电能的可再生能源。

而水轮机作为水力发电的核心设备，其性能直接影响着水能转化效率和发电效率。

而叶片作为水轮机中最关键的零件之一，其设计和制造工艺对水轮机的性能有着非常重要的影响。

1. 水流动学理论与叶片设计水流动学理论是叶片设计的基础。

水流动学理论主要涉及两个方面：不可压缩流动和可压缩流动。

不可压缩流动是指流体密度不随压力而变化的流动。

而可压缩流动则是指流体密度随压力而变化的流动。

在叶片的设计中，一般采用不可压缩流动理论，即叶片的设计基于欧拉方程和贝努力方程。

欧拉方程表明叶片在作用水力环境下所受到的压力和惯性力的平衡关系，而贝努力方程则描述了叶片所接受的来自流体的动能转换为静能的过程。

2. 叶片设计的方法和步骤叶片的设计方法和步骤如下：1. 确定叶片类型：主要有直翼型、曲翼型和混合型三种。

2. 确定叶轮直径：根据所需流量和水头来确定叶轮直径。

3. 确定闭合角度：决定叶片展开角度和工作流量。

4. 确定叶片数：根据叶片间距、流量和转速来确定叶片数。

5. 选择叶片材料：应根据叶片受力情况选择耐磨性、强度等理想材料。

6. 适当设置调节叶片：在某些情况下，为提高叶轮效率和防止冲击损坏，应适当加装调节叶片。

3. 叶片材料选择与加工工艺叶片的材料选择应考虑其特性，如强度、硬度、耐磨性、韧性和抗腐蚀性等。

一般常用的叶片材料有不锈钢、耐磨可焊性合金钢等。

而叶片的加工也非常讲究，包括锻造、铸造、机械加工、蚀刻加工和冷成型等。

4. 叶片性能分析与优化水轮机是将水的动能转化为机械能，再由机械能转化为电能的过程。

因此，水轮机的效率和发电量直接取决于叶片的性能。

在叶片设计和加工完成后，还需要对其进行性能分析和优化，保证水轮机的正常运行和长期稳定发电。

常见的叶片性能指标包括静态和动态特性指标。

其中，静态特性指标主要包括静止角和压力系数。

向家坝电站800MW水轮发电机组动平衡试验

向家坝电站800MW水轮发电机组动平衡试验徐波;徐娅玲;尹永珍;徐铬【摘要】水轮发电机组的振动、摆度多数情况是由于转子质量不平衡造成的,开展动平衡试验是水轮发电机组启动试验的一项重要内容.向家坝水电站800MW水轮发电机组是目前世界上单机容量最大的巨型机组,本文结合向家坝电站机组动平衡试验详细介绍了试验方法和关键技术,重点在于配重相位的选择和配重质量计算.【期刊名称】《大电机技术》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】4页(P35-38)【关键词】向家坝;动平衡;配重【作者】徐波;徐娅玲;尹永珍;徐铬【作者单位】长江电力股份有限公司技术研究中心,湖北宜昌443002;湖北清江水电开发有限责任公司,湖北宜昌443000;长江电力股份有限公司技术研究中心,湖北宜昌443002;长江电力股份有限公司技术研究中心,湖北宜昌443002【正文语种】中文【中图分类】TK733+.1;TV734.4向家坝电站总装机容量为6400MW，在世界已建和在建的水电站中排第8位，在国内仅次于三峡电站和溪洛渡电站。

向家坝左岸电站和右岸地下电站各布置4台单机容量800MW的混流式水轮发电机组，单机容量世界第一。

众所周知，水轮发电机组在制造和安装过程中引起的质量不平衡会造成机组的振动增大，严重影响机组安全运行。

对于向家坝电站这样的巨型机组来说，开展动平衡试验是水轮发电机组启动试验的一项重要内容。

本文以向家坝左岸电站机组为例介绍水轮发电机组动平衡试验方法和关键技术。

机组基本参数见表1。

根据转子的工作状态和力学特性，常把转子分成刚性转子和挠性转子。

通常情况下，水轮发电机组工作转速远低于其发电机转子的一阶弯曲临界转速，因此水轮发电机组的动平衡一般视为刚性转子的平衡。

目前，水轮发电机转子动平衡试验方法主要包括：三次试重法、时-频分析法、影响系数法、改进影响系数法。

向家坝电站机组动平衡试验采用的是较为常用的时-频方法。

该方法通过采用时域和频域分析相结合的方式来确定不平衡力的方向和大小。

某高水头电站水轮机数值模拟分析及性能预估

某高水头电站水轮机数值模拟分析及性能预估摘要：本文以某高水头电站为研究对象，模拟了混流式水轮机的三维全流道定常流动，分析了水轮机无叶区的压力分布及预估了水轮机的性能。

分析结果表明相同水头下，水轮机无叶区的压力随导叶开度增大而增大，数值模拟可以为水轮机水力开发及真机设计提供支持，保证真机水轮机的性能。

关键词：水轮机；数值模拟；无叶区压力；水轮机性能0 引言混流式水轮机的应用最为广泛，这种机组形式具有结构紧凑，运行可靠，能适应很宽的水头范围以及满载时效率高等优点。

近年来随着计算机和CFD技术的发展，三维数值模拟技术正逐步应用于水轮机的开发和设计中，采用CFD技术对水力机械内部流动现象发展规律和流动本质的认识，缩短水力机械设计周期、降低设计风险、改善水力机械性能等都具有重要意义[1]。

许多学者对水轮机全流道的三维粘性流进行了数值模拟研究，用数值模拟方法研究水轮机过流部件的流场已成为改进和优化水轮机转轮和其他过流部件设计的一个重要手段，而且也为部套设计提供了有力的设计依据。

本文以某高水头电站为研究对象，使用ANSYS FLUENT商业软件，模拟了混流式水轮机的三维全流道定常流动，分析了水轮机无叶区的压力分布及预估了水轮机的性能，计算中采用了非结构化网格和RNG 湍流模型。

1数值计算方法对三维瞬态Navier-Stokes方程进行Reynolds平均，得到时均形式的控制方程：连续方程 (1)动量方程 (2)式中，RNG 模型是由Yakhot及Orzag[2]提出的。

在此模型中，通过在大尺度运动和修正后的粘度项体现小尺度的影响，而使这些小尺度运动从控制方程中去除。

所得到的湍动能方程和耗散率方程如下：(3)(4)本文的计算对象是包括蜗壳、导水机构、转轮和尾水管的混流式水轮机三维全流道。

采用有限体积法在空间上离散控制方程，在时间离散上使用二阶全隐式格式，压力项应用二阶中心差分格式，其他项采用二阶迎风格式，使用SIMPLEC算法实现压力和速度的分离求解。

向家坝水电站水机保护的分析

向家坝水电站水机保护的分析陈申伟;李涛;赵高利【摘要】向家坝水电站共有单机容量800MW水轮发电机组8台，总装机6400MW，主机分别由天津ALSTOM公司、哈尔滨电机厂制造。

作为世界上单机容量最大的水轮发电机组，保障其安全稳定运行的重要性不言而喻。

因此，向家坝水电站发电机组除了完善的电气保护装置外，还有监控系统LCU提供的可靠的水机保护，在机组机械设备发生重大故障时，自动可靠的停机，避免事故进一步扩大，保障机组安全。

本文仔细分析了监控系统机组LCU的水机保护程序及常规水机保护回路，总结了水机保护配置原理及动作后果，提出了机组典型故障的处理策略，可为水机保护设计和事故处理提供一定的参考。

【期刊名称】《水电站机电技术》【年(卷),期】2012(035)005【总页数】3页(P9-11)【关键词】监控系统;水机保护;程序;水轮发电机组;故障处理【作者】陈申伟;李涛;赵高利【作者单位】向家坝水力发电厂,四川宜宾644612;向家坝水力发电厂,四川宜宾644612;向家坝水力发电厂,四川宜宾644612【正文语种】中文【中图分类】TK7300 引言向家坝水电站作为“西电东送”的骨干电源，共装设8台单机容量为800 MW的巨型水轮发电机组，单机容量世界之首，其重要地位不言而喻。

巨型水轮发电机组的安全稳定运行不仅直接影响到电网的安全，也影响到电站的社会和经济效益。

向家坝水电站采用立轴混流式水轮机，半伞式发电机，额定水头为100 m，共有3部轴承，分别是上导轴承、推力下导联合轴承以及水导轴承。

显然，仅有电气保护装置并不能满足机组安全运行的要求。

如果机组关键机械部件如三部轴承以及调速器等机组辅助设备发生重大故障，同样需要可靠的保护装置实现自动停机，保证机组安全并避免事故扩大，这正是水机保护的范畴，也是本文探讨的主题。

1 简介传统的水机保护，依靠常规继电器实现简单的逻辑控制，如轴瓦温度高、轴承油位低、调速器液压系统油压低等。

向家坝水电站ALSTOM机组水轮机接力器安装与调整工艺精品文档

向家坝水电站ALSTOM机组水轮机接力器安装与调整工艺向家坝水电站装机容量6 400 MW，单机容量800 MW，是目前世界上单机容量最大的水力发电机组，左右岸各安装4台机组，其中右岸电站为地下厂房结构，主机设备由天津ALSTOM公司供货，ALSTOM水轮机接力器活塞直接800 mm，活塞杆直径为280 mm，接力器总工作容积925 L，设计行程980 mm。

1 接力器结构介绍向家坝水电站ALSTOM水轮机接力器为双直缸式接力器，沿袭了三峡左岸电站ALSTOM水轮机接力器的结构设计，采用了带自动锁定装置和带手动锁定装置两种形式，两种接力器锁定装置均布置在接力器缸前侧。

自动锁定装置在水轮机导叶全关时投入，手动锁定装置在水轮机导叶全开时投入。

自动锁定装置的操作依靠压力油操作锁定接力器活塞来实现，手动锁定装置的操作则是靠人工转动与锁定装置接力器活塞相连接的手轮，以实现半圆形锁定片的投入和退出。

为了有效避免分段关闭阀失效后机组在快速关闭过程中接力器活塞对端盖的强力冲击，根据水轮机调节保证计算要求，将每个接力器开腔的操作油管设计为两根，主操作油管路设计在距离接力器开腔端盖136.5 mm的位置，在开腔端盖上方，设计了缓冲回路，即辅助操作油管，压力油通过端盖内暗孔通往开腔。

当接力器开启导叶时，开腔接受压力油，缓冲回路不影响开机时间；当导叶关闭过程中，接力器关闭至主操作油管进油孔位置时，接力器活塞将进油孔堵住，开腔压力油只能通过缓冲回路回油，从而有效避免了接力器活塞对端盖的冲击（接力器结构见图1）。

2 接力器安装准备2.1 确定接力器安装中心和安装高程接力器安装前，先进行机坑测定，确定接力器的安装中心和安装高程；并确定所有导叶处于全关位置，用全站仪根据顶盖上的Y-Y线标记以及控制环销中心放出两条通过控制环销中心并且与Y-Y线平行的两条水平线。

将上述两条线的标记引放到接力器基础板相应位置，在基础板上方布置钢琴线；在接力器基础板上作安装高程样点标记；测量接力器后缸盖水平中心线，并在缸盖侧面作样点标记；在接力器销上作平行于Y轴的中心线样点标记。

金沙江向家坝升船机设计与运行概述

金沙江向家坝升船机设计与运行概述作者：李志祥王向辉杨鹏来源：《中国水运》2020年第09期摘要：向家坝升船机采用全平衡齿轮爬升螺母柱保安式一级垂直升船机，最大提升高度114.20m，是当今已投运升船机世界之最。

2018年5月26日向家坝升船机投入试通航运行，试通航运行第二个年度货运量就达到了设计指标，通航效益显著，是目前国内运行最繁忙的升船机。

本文概要介绍了向家坝升船机特点、主要设备、运行流程及试通航运行情况。

关键词：升船机;主要设备;运行流程;试通航运行中图分类号：U642 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2020）09-0049-02向家坝升船机按Ⅳ级航道标准设计，设计代表船型为2×500t级一顶二驳船队，同时兼顾1000t级单船。

设计年过坝货运量为112万吨（其中下行占95%），客运量为40万人次。

向家坝水电站通航设施主要由上游引航道、上闸首（包括挡水坝段和渡槽段）、船厢室段、下闸首和下游引航道（含辅助闸室与辅助闸首）五部分组成，全长1530m。

向家坝升船机最大提升高度114.2 m，承船厢与厢内水体总重量约为8150t，正常升降速度0.2 m/s ，上游通航水位变幅10m，下游通航水位变幅 11.45m，其规模和技术复杂程度均超过了国内外已建和在建的升船机。

1向家坝升船机机型及特点1.1 机型的确定向家坝升船机是电站的唯一通航设施，安全可靠性是方案比选的首要因素，向家坝升船机最终采用全平衡齿轮爬升螺母柱保安式一级垂直升船。

1.2 向家坝升船机的特点向家坝升船机是建设在高水头水电站上的通航建筑物，主要具有如下特点：（1）过船吨位大：向家坝升船机一次可以通过2×500t级船队，兼顾1000t级单船。

（2）提升高度大：向家坝升船机最大提升高度为114.20m，是目前已投运升船机之最。

（3）上、下游水位变幅较大：升船机上、下游通航水位变幅分别为10.00m和11.45m。

三峡模型水轮机引水部件流动特性的试验研究

三峡模型水轮机引水部件流动特性的试验研究
钱涵欣;曹诗雄;李启文
【期刊名称】《水力发电学报》
【年(卷),期】1999()4
【摘要】通过在蜗壳进、出口及导叶出口３个断面布置五孔测球对三峡水电站模
型水轮机引水部件中流动特性的测量表明，蜗壳进口断面的流动符合圆管流动的规律，蜗壳出口断面中有明显的二次流。

导叶中心线上下流动基本对称，导叶出口的总速度、各速度分量及速度环量由上至下逐渐增大。

本文报导了最优工况及偏离工况的测量结果并作了初步分析，对水轮机引水部件及转轮的设计提出了有益的建议。

【总页数】9页(P67-75)
【关键词】水电站;水轮机;流动特性;试验;引水部件
【作者】钱涵欣;曹诗雄;李启文
【作者单位】清华大学水电工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TK730.8
【相关文献】
1.混流式水轮机引水部件内部流动的二维数值模拟与三维模拟比较分析 [J], 肖玉
红
2.三峡模型水轮机转轮的流态观测及过流通道内水压脉动试验研究 [J], 彭忠年;陈锐;蒋学运;王爱友;马素萍
3.水轮机引水部件的水力损失模型 [J], 郭齐胜
4.混流式水轮机引水、导水部件内部固液两相流动的数值分析 [J], 李琪飞;李仁年;韩伟;敏政
5.混流式水轮机引水部件的流动计算 [J], 李延明;吴玉林
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基于安徽金寨县某水电站的水轮机优化措施探究

基于安徽金寨县某水电站的水轮机优化措施探究水力发电是一种清洁、可再生的能源，具有环保和经济的优势。

水轮机是水力发电的核心设备，其性能直接影响着发电效率和发电量。

如何对水轮机进行优化，提高其运行效率和性能，是水电站的重要课题之一。

本文将以安徽金寨县某水电站的水轮机为例，探究其优化措施，希望能为其他水电站提供参考和借鉴。

一、水电站概况某水电站位于安徽省金寨县境内，是一座规模中等的水电站，总装机容量为100兆瓦。

水电站采用的是Francis型水轮机，属于常用的水轮机类型。

水轮机是水电站的核心设备，其性能直接影响着水电站的发电效率和经济效益。

由于水轮机长期运行受到水流的冲击和磨损，性能可能会逐渐下降，因此对水轮机进行优化是非常有必要的。

二、水轮机优化措施1. 水轮机叶片设计优化水轮机叶片是直接接受水流能量的部件，其设计对水轮机的性能有着至关重要的影响。

通过对水轮机叶片进行流场分析和结构优化，可以提高其叶片的吸能效率，减小水轮机产生的振动和噪音，从而提高水轮机的整体性能。

在实践中，可采用计算流体动力学（CFD）仿真技术进行叶片设计和优化，确保水轮机叶片的流线形状和叶片结构符合流体力学原理，最大程度地提高叶片的吸能效率。

2. 水轮机转子平衡优化水轮机转子是水轮机的动力传递部件，其平衡状态对水轮机的稳定运行和性能有着重要的影响。

为了保证水轮机的平衡性能，可以采用静平衡和动平衡技术对水轮机转子进行平衡优化。

静平衡是指在水轮机转子的各部件上设置临时平衡块，通过试重试验找到机械系统的静平衡状态；动平衡是指在水轮机转子的各部件上设置永久平衡块，通过在高速下进行动平衡试验找到机械系统的动平衡状态。

通过平衡优化可以减小水轮机在高速运行时的振动和冲击，提高水轮机的整体性能。

3. 水轮机轴承和密封优化水轮机的轴承和密封是保证水轮机稳定运行的重要部件，其性能直接关系着水轮机的寿命和可靠性。

为了提高水轮机的轴承性能和密封性能，可以采用进口高性能轴承和密封件，并且定期进行轴承润滑和密封维护。