黑麋峰抽水蓄能电站机组甩负荷试验反演预测及主要特性分析
抽水蓄能电站输水发电系统结构计算复核分析
抽水蓄能电站输水发电系统结构计算复核分析摘要：在机组甩荷或增荷时，引水发电系统中压力、流量和机组转速会发生明显的变化。
为了切实保证蜗壳进口内水压力、尾水管进口最小内水压力、机组最大转速升高满足调节保证和设计要求，有必要对输水发电系统结构进行计算与分析，以便为电站的安全稳定运行提供可靠的依据，本文以黑麋峰抽水蓄能电站为例进行分析。
关键词：输水发电系统结构，三维有限元，内水压，复核分析一.工程概况黑麋峰抽水蓄能电站位于长沙市望城县桥驿镇，紧邻湖南电网负荷中心长、株、潭地区。
电站枢纽建筑物由新建上水库、输水系统、地下厂房系统、下水库、地面开关站及中控楼副厂房等建筑物组成，厂房为尾部式布置；工程等级为一等大(1)型工程，输水系统各建筑物为1级水工建筑物，按重现期200年洪水标准设计，重现期为1000年的洪水标准校核。
电站地下厂房安装4台单机容量为300MW的可逆式机组，总装机容量为1200MW。
电站为日调节纯抽水蓄能电站，电站建成后主要担负湖南及华中电网的调峰、填谷、调频、调相及事故备用等任务。
二.机组参数电站基本参数:上水库正常蓄水位400.00m，死水位400.95m；下水库正常蓄水位103.70m，死水位（P=0.1%）65.00m；最大毛水头/静扬程335.0m，最小毛水头/静扬程272.8m；水轮机工况额定水头295.0m。
水泵水轮机主要参数：转轮高压侧直径D1=5040mm，转轮低压侧直径D2=2700mm；转轮叶片数为9，活动导叶数为20，固定导叶数为20；额定转速为300r/min，水泵工况最大输入功率≤320MW；水轮机工况额定输出功率为306MW。
三．输水系统布置输水系统引水主洞为一洞两机、尾水隧洞为一洞一机，引水隧洞垂直进厂房，尾水隧洞与厂轴线呈55°夹角斜向引出厂房的布置方案。
输水系统主要建筑物包括：上库进/出水口、引水主洞上平段、斜井段、下平段、钢筋混凝土岔洞、高压引水钢支管、尾水隧洞和下库出/进水口等。
不同抽水转发电模式下抽蓄机组稳定性参数对比
第 37 卷第 1 期2024 年1 月振 动 工 程 学 报Journal of Vibration EngineeringVol. 37 No. 1Jan. 2024不同抽水转发电模式下抽蓄机组稳定性参数对比张飞1，郑源2，赵毅锋1，王康生3（1.国网新源控股有限公司抽水蓄能技术经济研究院，北京 100761；2.河海大学能源与电气学院，江苏南京 211100；3.江西洪屏抽水蓄能有限公司，江西宜春 330603）摘要: 新型电力系统建设要求缩短抽水蓄能机组的快速响应时间。
以具体电站机组为例，研究了正常与快速抽水转发电模式下监控流程的主要差异和机组稳定参数的变化规律。
在此基础上，引入反时限振动评价方法对两种模式下的振动峰峰值进行计算，评估了转换模式对机组的影响；采用频谱分析方法对无叶区压力脉动进行分析，发现了低转速下无叶区存在水力共振现象，并揭示了共振幅值、频率与转速的相关性。
研究结果表明：抽水转发电快速流程优于正常流程，快速转换模式下的水力制动方式较正常转换模式下的电气制动加机械制动方式流程时间由438 s缩短至220 s，显著提高工况转换效率；在振动对机组损伤方面，14个振动、摆度监测点中13个监测点证明快速转换模式有利于延长机组预期寿命；同时，快速转换模式有利于机组快速通过低转速下无叶区产生的水力共振区，将水力共振时间由15 s缩减至5 s，共振转速区间压缩超过60%。
关键词: 抽水转发电；稳定性参数；水力共振；水力制动；振动评价中图分类号: TV743.2； TK734 文献标志码: A 文章编号: 1004-4523（2024）01-0104-09DOI：10.16385/ki.issn.1004-4523.2024.01.011引 言随着以新能源为主体的新型电力系统的快速发展，电网调峰、调频等需求更加迫切，同时要求相关调节电源的响应速度更快。
抽水蓄能机组由于很好地满足了电力系统这一需求，在“十三五”期间进入了发展快车道。
抽水蓄能电站500kV短路电流超标机理及限制措施适应性分析
在相应的站点中，500kV的主变等值阻抗以及电网结构与220kV正序自阻抗具有相关性，且变压器的等值阻抗具有决定性的作用。因为变压器的阻抗相关特性，所以220kV中的三相短路的电流要小于500kV中的三相短路的电流。220kV中短路的电流超出标准的相应机理会根据其下带的220kV电网相关结构以及其下送的相应负荷情况不同而产生相应的变化。
220kV中的自阻抗水平主要与其对地的等值阻抗以及变压器的等值阻抗有关系，但站点不同，受到的影响程度也不一样。
在电子电力技术发展过程中，对于各类新型的故障限流器的研究越来越多，能够将普通串联电阻在正常运行情况下的损耗和压降问题解决。另外，在应用限流器的过程中，也能够改善系统的瞬态稳定性情况。
四、结语
2.分析限制短路的电流过程的相应适应性
500kV侧三相以及单相的短路的电流是由其内部的电网结构决定的。因而实现其短路的电流限制在手段上主要使用的是“跳通”，“断线”，以将等值的阻抗加大。而使用变压器中性点连接小电抗的方式实现加大变压器的等值阻抗的过程或者利用高阻抗变压器达到限制短路的电流的效果并不十分显著。
一、短路点的自阻抗分析模型
从故障节点向内看的戴维南等值阻抗就是短路点带有的自阻抗。首先，作为三相短路的另一种表现形式，自阻抗能够代表短路的电流的大小；然后自阻抗能够实现对于电网等值阻抗层中的短路电流的主要的因素以及性质进行分析，其在研究短路的电流超出标准的相关机理中是具有不能被替代的作用。
依据二端口类网络的相关理论，对双端电源等值电路实现构建的过程，将500kV站点中200kV母线以及500kV母线分别保留，等值状态两者间的变压器处于非连接状态，等值完成后则两者重新连接。
二、分析500kV电网中短路的电流超出标准的相关机理
干式变压器在黑麋峰抽水蓄能电站SFC系统中的应用
第39卷增刊2 水电姑机电技术Vol.39No.S22016 年12 月Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station Dec.2016 37干式变压器在黑麋峰抽水蓄能电站SFC系统中的应用陈冶修S吴胜s陈天乐2(1.中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南长沙410014;2.湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南长沙410213)摘要：黑麋峰抽水蓄能电站安装4台单机容量300 MW的可逆式机组，4台机组共设一套静止变频起动装置 (SFC),由瑞士 A BB公司生产并供货。
S F C系统输入输出变压器原采用三相双分裂油浸水冷变压器,发生故障后先 后更换为国产干式变压器，成为国内首个在S F C系统中采用国产干式变压器的抽水蓄能电站。
本文对油浸变压器事 故进行了分析，并对干式变压器在S F C系统中的应用进行了介绍。
关键词:SFC系统；油浸变压器；干式变压器中图分类号:TM412 文献标识码:B 文章编号：1672-5387(2016)S2-0037-03D O I：10.13599/ki.ll-5130.2016.S2.0121概述1.1电站概况黑麋峰抽水蓄能电站位于湖南省长沙市北郊的 黑麋峰风景区，紧邻湖南省最大的负荷中心长株潭 地区，距长沙市25 km，是湖南电网的第一座抽水蓄 能电站。
电站地下厂房安装4台单机容量为300 M W 的可逆式机组，总装机容量为1 200 MW,担负湖南 及华中电网的调峰、填谷、调频、调相及紧急事故备 用等任务，于2009年正式投产发电。
1.2 S F C系统基本配置对于大容量抽水蓄能机组，多采用SFC作为主 要启动方式，并以背靠背启动方式作为备用启动方 案。
机组由静止变频方式启动时,SFC输出0~52.5 Hz 变化的频率,带动机组转速升至与电网频率一致，通 过同期装置实行并网p]。
SFC整套装置由功率单元、控制单元组成，包括输人变压器、输出变压器、电流 互感器、电压互感器、可控硅整流器和逆变器、直流 平波电抗器、旁路隔离开关、暂态过电压保护装置、冷却系统、控制、保护和监测系统等设备。
黑麋峰抽水蓄能电站球阀上下游平压信号反馈回路改造
第39卷增刊2 水电姑机电技术Vol.39No.S22016 年12 月Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station Dec.2016 87黑麋峰抽水蓄能电站球阀上下游平压信号反馈回路改造杨恒，蒋君操，叶爽，吴敏(湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南长沙410213)摘要:通过研究黑麋峰抽水蓄能电站球阀上下游平压信号反馈回路，提出改造思路，从而消除开机时出现球阀上 下游平压信号反馈异常的情况，有效提升机组开机成功率，保证对电网的可靠供应。
关键词:球阀；平压；可靠中图分类号:TV743 文献标识码:BD O I：10.13599/ki.ll-5130.2016.S2.0281引言黑麋峰抽水蓄能电站位于湖南省长沙市望城县 桥驿镇杨桥村，紧邻湖南电网负荷中心长、株、潭地 区。
电站距长沙市区公路里程25 km,距离湘潭、株 洲不足60 km,地理位置优越，是湖南省建设的首座 抽水擁电站。
电站安装4台#W量30〇]\1柯逆式 机组，总装机容量1200 MW,以1回500 kV出线黑 沙线接人湖南电网500 kV沙坪变电站，线路输电距 离约16.4 km。
设计年发电量16.06亿kW，h,年抽水 耗用低谷电量21.41亿kW‘h，年发电利用小时数 1 338 h,年抽水利用小时数1732 L黑麋峰电站为 日调节纯抽水蓄能电站，主要担负湖南及华中电网 调峰、填谷、调频、调相及事故备用等任务。
目前，国家大力发展新型能源，电网电源及负荷 结构日渐复杂，抽水蓄能电站是电力系统中最可靠、最经济、寿命周期长、容量大、技术最成熟的储能装 置,通过配套建设抽水蓄能电站，可有效降低火电机 组运行维护费用，延长机组寿命;有效减少风电场并 网运行对电网的冲击，提高风电场和电网运行的协 调性以及电网运行的安全稳定性；吸纳常规水电弃 水电量;发挥事故备用作用;使电网总体燃料得以节 省,降低电网成本，提高电网的可靠性。
浅谈黑麋峰机组背靠背_BTB_调试经验和体会_陈海波
工况见附表。
项目 额定容量（功率）
额定功率因数 额定电流 额定效率
额定励磁电压 额定励磁电流
附表 电动发动机工况
发电工况 334 MVA
0.9 9623 A 98.4% 300V 1 661 A
电动工况
320 MW 0.975
10264 A 98.5% 270 V 1 500 A
3 BTB 启动中存在的技术难题及解决办法
4 背靠背（BTB）流程
背靠背（BTB）流程见图 2。
5 调试过程及问题处理
经与厂家、设计、监理等多方协调，为确保 BTB 调试过程中设备安全， 黑麋峰电厂整个 BTB 调试分 四个阶段进行：
第一阶段：走自动流程到启动励磁，然后按急 停按钮检验停机程序是否正确。
第二阶段：走自动流程到开启拖动机导叶升速 ， 然后模拟转差事故检验事故停机程序是否正确。
型式：三相、立轴、半伞式、密闭循环空冷、可逆式同 步电机；型号：SFD300-20/700；定子接线形式：4 Y；定转子 间 气 隙 33.5 mm；额 定 频 率 ：50 Hz；额 定电 压 ：18 kV；额 定 转 速 ：300 r/min； 空 载 励 磁 电 流 ：930 A； 空 载 励 磁 电 压 （40℃）：130 V； 最 大 励 磁 电 流 ：1 770 A； 最 大 励 磁 电 压 （130℃）：320 V。
1000MW超超临界机组甩负荷试验分析
1000MW超超临界机组甩负荷试验分析重要辅机发生故障跳闸，辅机出力低于给定功率时，自动控制系统将机组负荷快速降低至合适出力，是机组热工自动控制系统性能和功能的体现，也是维护机组安全的一个重要保障。
通过文章的分析，希望能够对相关工作提供借鉴。
标签：1000MW机组；快速甩负荷；辅机故障；协调控制引言当机组主要辅机故障跳闸造成机组实发功率受到限制时，为适应设备出力，协调控制系统强制将机组负荷减到尚在运行的辅机所能承受的负荷目标值。
协调控制系统的该功能称为辅机故障甩负荷（RUNBACK），简称RB。
通过RB试验检验其控制功能、逻辑、时序等设计的合理性，同时该试验将取得机组正常运行时不易取得的工况数据，对机组安全运行具有指导意义。
1 RB类型和目标负荷浙江某电厂5号机组锅炉为上海锅炉厂引进法国阿尔斯通公司技术生产的SG3091/27.56-M54X超超临界塔式直流炉，主要辅机配置为2台送、引、一次风机以及2台空预器，6台HP-1163型中速磨煤机（5台运行，1台备用）。
汽轮机是由上海汽轮机厂和德国SIEMENS公司联合设计制造的N1000-26.25/600/600（TC4F）超超临界机组，每台机组设置两台50%容量的汽动给水泵组。
主要辅机中任一台故障，满足条件触发RB，RB触发后将根据跳闸辅机类型来设定目标负荷和相应的控制程序。
机组的最大允许出力切换为RB目标负荷，各RB类型判别和目标负荷如表1：2 RB触发条件2.1 基本条件：燃料主控投自动、给水控制投自动、负荷大于500MW、RB 功能子环投入。
2.2 RB判别回路：单元机组的功率，锅炉主控指令，和锅炉最大可能出力小选后减1，经过一个速率限制器输出，当该输出值大于机组最大可能出力时，比较器Max2端置1，触发机组RB。
此回路能保证机组只有出现最大可能出力突然降低（辅机停运），才会触发RB；当负荷或者锅炉指令异常升高至大于机组最大可能出力时，不会导致RB 误动。
800m_以上水头三机式抽水蓄能机组研究
0 引言根据国家能源局发布的2023年全国电力工业统计数据[1]，截至2023年12月底，全国累计发电装机容量约29.2亿kW，同比增长13.9%。
其中，太阳能发电装机容量约6.1亿kW，同比增长55.2%；风电装机容量约4.4亿kW，同比增长20.7%。
风电和太阳能发电正高速发展。
同时，为了吸收和消纳风电和光伏等未来供电主力，抽水蓄能电站是大规模储能的必然选择。
国家能源局正按照其发布的《抽水蓄能中长期发展规划（2021～2035年）》[2]系统建设抽水蓄能以满足需要。
按照规划，我国到2025年，抽水蓄能投产总规模较“十三五”翻一番，达到6200万kW以上；到2030年，抽水蓄能投产总规模较“十四五”再翻一番，达到1.2亿kW左右；到2035年，形成满足新能源高比例大规模发展需求的，技术先进、管理优质、国际竞争力强的抽水蓄能现代化产业。
根据中国工程院院士张宗亮预测[3]，预计2030年总装机容量达到40亿kW，可再生能源装机占比近60%，其中，储能2亿～3亿kW，抽水蓄能1.15亿kW；2060年总装机容量达到71亿kW，可再生能源装机占比提升至82%，其中，储能近8亿kW，抽水蓄能近6亿kW。
在这样的预测下，抽水蓄能电站可以有效保障电网安全稳定运行，是开发构建流域“水风光储”一体化清洁能源基地和“沙戈荒”新能源基地的储能支撑，将在规模化拉动经济发展和促进乡村振兴过程中发挥更大的作用。
1 光电和风电产业发展趋势我国目前电力工业装机容量按排名依次为火电、太阳能发电、风电、水电和核电，占比分别为48%、21%、15%、14%、2%，如图1所示。
在“双碳”目标的指引下，太阳能发电和风电正在推动我国能源革命，2023年6月国家能源局组织发布《新型电力系统发展蓝皮书》[4]，制定了“三步走”路线（见图2），到2060年建成成熟的新型电力系统，形成发电用电动态延时平衡、多类型储能协同应用的电力系统格局（见图3）。
滑模施工在黑麇峰抽水蓄能电站引水斜井工程中的应用
（） ３ 支架 安装： 主梁完 成后 ， 再将 前轮轨道安 装在轨 道支座 上， 在后 处铺上 轨道用 槽钢 ，将前轮支 架和后轮支架分别移 到主梁前部和后部 ， 用主梁 中部， 洞项的大 吊点将主 梁吊起 ， 主梁前部和后 部用葫芦稳定住 ， 前 后支架利用 主梁及 葫芦安装就位 ， 将螺栓 拧紧 ， 再将 前轮和后轮 安装 到支架上 ， 安装完 毕后， 将主梁落下， 前后轮分别落于轨道上。 （） ４ 模板 安装 及固定 ： 模板 为滑 动模板最主要 的工作 面， 模板安装是 整 个 滑 模 安 装 中 最 关 键 也 是 难 度 最 大 的 部 分 ， 运 输 需 要 ， 模 板 分 成 为 将
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梁， 不应外漏 ， 这样 可使外 圈粱 免受阳光直接 照射或大气 影响 ； 论“女 无 儿墙 ” 高低 ， 均要设 置钢筋混凝 土压顶 圈梁 ， 并与“ 构造 柱 ” 连为整 体 ， 以 抵 抗 裂 缝 的产 生 。 除据 规范要 求设置“ 构造柱 ” ， Ｌ 、Ｉ 、Ｔ” 面形状 中的纵横 外 在“ ”“ ”“ 平 墙交接 处必须设置 “ 构造柱 ” ，以提高建筑物 的整体 刚度 和墙体的可延 性 ， 束 墙 体 裂 缝 的扩 展 。 约 （） 高 屋 面 板 的整 体 性 。屋 面 板 最 好 采 用 现 浇 板 ， 在 预 制 屋 面 板 １提 或 上 增 加 现 浇 层 ； 预 制 屋 面 板 与 外 纵 墙 间 设 置 现 浇 板 带 ， 制 屋 面 板 间 在 预 设 置 现 浇 板 缝 梁 ， 屋面 成 整体 装 配 式 。 使 （） 房 屋 顶 层 端 部 １ ２开 间 范 围 内 的 墙 体 宜 采 用 配 筋 砌 体 ， 每 ２在 ～ 即 隔 ８皮砖在水平灰缝 内加配 ２ ６钢 筋， ＋ 并在 １ ２开 间范 围内拉通 ， 构 ～ 与“ 造柱 ” 钢筋 结合； 顶层用砖 不应低于 ＭＵ ．， ７５ 砌筑 砂浆强度不应低 于 Ｍ５ ， 以 提 高 墙 体 抗 裂 能力 。 （） 面“ ３屋 挑檐 ” 为外露结构 ， ｌ 在 ｄ内温度 变化较 大 ， 仅本身 容易 不 开裂 ， 而且对墙体 开裂也 有一定 的影 响， 故应适 当增加“ 挑檐 ” 向配筋 纵 并增设 ‘ 变形缝 ” 后浇 带 ” 以减少收缩 。“ 或“ ， 后浇带 ” 的做法是在其 纵向 受力较 小的中 间适 当部位 ， 留 ３ ０ 预 ０ ｍｍ宽 的“ 后浇带 ” 用钢筋 贯通 ， ， 在 施 工 ４ ～０ ０ ６ ｄ后再二 次浇筑 ， 以起到先放后抗 的控制作用 。 （） ４ 重视 屋面保温。选择 屋面保温层 时， 适当加 厚或选用 保温 隔热性 能 良好的材料 。对屋面 保温 层必须按建筑节 能标 准进行热工计算 ， 进一 步提 高屋面保温层的保温隔热性能 。 面保温 不好 是屋面板产 生温度应 屋 力 的直接 原因 ， 严重 时会 导致顶层墙体开裂或屋 面漏 水。保温层应做至 “ 挑檐 ” 或檐沟处 ， 以防止混 凝土结构外漏 ， 有条件 者必须增设、 架空 隔热
中国水利水电建设工程咨询有限公司完成乌东德水电站输水发电系统(后续机组投产前)专项安全鉴定工作
第47卷第2期李永兴，等:深圳抽水蓄能电站甩负荷及水力干扰试验与仿真分析表4深蓄电站2、3号水力干扰试验动态参数极值对比项目2号3号2号3号2号3号2号3号机组功率/MW最大转速上升率/%蜗壳进口最大压力/mH2O尾水管进口最小压力/mH2O 甩负荷前试验值301.02300.12428.6428.6498.5496.4272.9973.86甩负荷后试验值332.17——567.49557.61635.6158.8835.89最大值计算值359.17——573.51—628.93—36.26注：2号机组超过330MW以上时间仅为2.03s；2、3号机组进行水力干扰试验时，1+4号机组处于停机状态验工况实测值与计算值对比如表4所示。
从表4可知：①在水力干扰试验过程中，2号机组功率最大值332.17MW,超过330MW以上时间仅为2.03s,能够满足机组过负荷保护过电流强度的设计要求。
②水力干扰工况的蜗壳进口压力、尾水管进口压力和机组转速上升率均满足调保计算要求，且具有较大的安全余量，且各参数计算与实测极值一致性较好。
5结语深蓄电站是南方电网首个机组全面国产化的抽水蓄能电站，在输水系统布置上吸收了广州抽水蓄能、惠州抽水蓄能、清远抽水蓄能等电站工程经验，机组飞逸转速达到了659r/mi，为同时期国产蓄能机组中飞逸与额定转速比值最高的机组，这也给机组转动部件刚强度提出很高要求。
通过深蓄电站甩负荷和水力干扰试验和仿真计算结果对比分析，可以得出以下结论：(1%深蓄电站单机甩负荷、双机同时甩负荷试验的机组转速上升率、蜗壳进口压力最大值、尾水管进口压力最小值均满足合同要求。
(2%深蓄电站单机甩负荷、双机同时甩负荷试验工况，组转速上升率、蜗壳进口压力最大值、尾水管进口压力最小值的计算值与实测值之间一致性较好，极值发生时间也较为一致，且留有一定的安全裕量。
(3%深蓄电站水力干扰试验的结果表明深蓄电站机组能够满足过负荷强度设计的要求，能够保证机组安全运行。
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第39卷增刊2 水电姑机电技术 Vol.39No.S2
44 2016 年 12 月 Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station Dec.2016
黑麋峰抽水蓄能电站机组甩负荷试验 反演预测及主要特性分析
郑建兴S刘平2,杨晖2,曾艳梅1(1.中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南长沙410014;2.湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南长沙410202)
摘要：介绍了首次在水电行业工程领域系统全面的将经验模态分析法成功应用于黑麋峰抽水蓄能电站机组甩负
荷试验研究中，形成了一套完整的、适用于抽水蓄能机组调试试验的反演分析及预测计算方法。通过该方法对历次 甩负荷试验数据的反演分析，求得的均值压力及变化趋势与水力过渡过程复核计算预测的均值压力及变化趋势基 本吻合。同时，经过对黑麋峰抽水蓄能电站累计40多次机组甩负荷试验实测数据的反演分析,总结出了机组甩负荷 过程中球阀、蜗壳和尾水管进口各主要部位压力极值和最大转速上升发生的主要特性。关键词:机组甩负荷试验；反演分析；预测计算；均值压力；脉动压力；主要特性
中图分类号:TV136 文献标识码:ADOI：10.13599/j.cnki.ll-5130.2016.S2.0151概述黑麋峰抽水蓄能电站位于湖南省长沙市望城县 桥驿镇境内。电站装设4台单机容量为300 MW的 单■轴混流可贼机组，总装机容量1 200 MW。电 站引水系统采用一洞两机、尾水系统采用一洞一机 的布置形式，不设调压室。电站于2009年8月首台 机组投入商业运行,2010年10月全厂4台机组全部 投入商业运行，是我国首座由中方制造厂承接设计 制造合同、机电设备国产化程度较高、并首次由中方 牵头进行一系列调试试验的大型抽水蓄能电站。电站麵艇初期，在同一流道双机同时甩50 % 负荷试验时，实测压力极值与计算压力极值存在差 异，当时由于缺乏足够的认识与研究，相关试验未予 全部完成，机组及输水系统未得到同一流道双机同 时甩100 %负荷的实际检验。为了保证电站安全, 2013年10月，在国网新源控股有限公司及黑麋峰 抽水蓄能有限公司的领导下，在设计单位、调试试验 单位、机组制造厂、运行检测单位以及科研院校的密 切配合下,重新启动了机组甩负荷试验，主要包括单 机甩负荷试验、双机同时甩负荷试验、球阀动水关闭 试验等。按照“可靠论证、稳步推进”的原则,我院联 合武汉大学开展了水力过渡过程复核计算，并利用 经验模态分析法(EMD琎行了机组甩负荷试验预测文章编号：1672-5387(2016)S2-0044-06
计算、反演计算与对比分析等。1.1电站基本参数1)水位(海拔高程）上水库校核洪水位(P=〇.l %)400.95 m上库设计洪水位(p=0.5 %)400.67 m上水库正常蓄水位400.00 m上水库死水位376.50 m下水库校核洪水位(P=〇_l %)104.92 m下库设计洪水位(p=0.5 %)104.92 m下水库正常蓄水位103.70 m下水库死水位65.00 m2)有效库容上水库845.97 xl04m3下水库868.33 xl04m33)电站水头/扬程最大毛水头/静扬程335.0 m最小毛水头/静扬程272.8 m水轮机工况额定水头295.0 m1.2机组主要技术参数水泵水轮机主要性能参数如表1所示。收稿日期：2016-11-02作者简介:郑建兴(1975-)，男，教授级高级工程师，从事水电站水 力机械方面的设计工作。增刊2郑建兴，等:黑麋峰抽水蓄能电站机组甩负荷试验反演预测及主要特性分析45
表1水栗水轮机主要性能参数表项 目参数
最大水头额定水头最小水头
水净水头/m331.5295268.2
轮出力/MW306306262.80机效勒％94.4491.2991.09
工况流量/m3/s98.40115.51110.80
比转速/m.kW117.34135.76141.70比速系数21362 3322 321最大扬程最优点扬程最小扬程水栗总扬稼m337.6322.54276.2水泵工
水泵人力/MW272.46285.43305.85
效挪92.9193.6592.90况抽水流量/m3/s76.3884.55104.43比转速/m*m3/s33.2936.2445.25比速系数2 6222 7593 066额定转漱r/min300稳态飞逸转速/r/min465转轮高压侧直扮mm5 040转轮低压侧直2700吸出高度Hs/m-50(导叶中心线至下库最低水位差）安装高程/m15.00电动发电机转动惯量ViGD2/fm211000水泵水轮机转动惯量GDW760
1.3调节保证设计主要控制参数机组最大转速 ^450r/min蜗壳进口处最大压力 ^530mH20球阀上游侧最大压力 矣530mH20尾水管进口处最小压力 &0mH2O管道顶部最小压力 &2mH20
2机组甩负荷试验反演分析和预测计算的思 路和方法
2.1概述经验模态分析(Empirical Mode 〇6(；。11^。8丨1;丨〇11，简 称EMD)法是美国国家宇航局美籍华人黄锷(Nor- den E.Huang)等人于1998年创造性地提出的一种
新型自适应信号时频处理方法，依据数据自身的时 间尺度特征来进行信号分解，无须预先设定任何基 函数，特别适用于非线性、非平稳信号的分析处理。 该方法已在海洋、大气、天体观测资料与地震记录分 析、机械故障诊断、密频动力系统的阻尼识别以及大 型土木工程结构的模态参数识别等不同工程领域得 到了迅速有效的应用。本电站首次在水电行业工程领域系统全面的将
经验模态分析法(EMD)应用到抽水蓄能机组甩负荷 试验中，准确进行了试验数据的反演分析和预测计 算，其主要内容包括对已完成的机组甩负荷试验数 据进行反演分析、对待进行的机组甩负荷试验进行 预测分析、对控制工况进行复核和预测计算与分析 等。反演分析的目的一方面是对已完成的试验数据 进行分析研究，综合历次水力过渡过程复核计算结 果、机组甩负荷试验及频谱分析结果，对机组甩负荷 试验数据进行统计与对比分析，找出其规律和特性, 对机组甩负荷试验的相关特性进行总结分析。另一 方面可以为预测计算与分析提供准确的修正量，修 正量由两部分组成，一部分为压力脉动值，另一部分 为计算误差。2.2反演分析的主要思路和方法(1) 树调试试验的含有脉动压力的蜗壳压力波 动信号和尾水管进口压力波动信号PG)胃，分 别采用EMD方法提取IMF分量，并将各阶IMF分 量之和作为脉动压力Atf (〇蜗和Atf (〇尾，将最终余 量「„(^)蜗和r„(t)尾作为均值压力。n△孖(r)蜗= Zc;(r)蜗
T CD△ //tt)尾尾 i = 1
rnG)蜗=P(0 蜗一△孖（t)蜗
(2)尾=P(t)尾-△■&(«)尾(2) 采用与调试运行相同的计算条件，包括上、 下游水位、机组特性曲线、导叶开度、机组出力、调压 室或闸门井初始水位、机组转动惯量GD2、接力器行 程与导叶开度关系、100 %接力器行程对应的导叶 开度等，进行恒定流计算分析和非恒定流计算分析。 通过恒定流计算分析进行参数修正，获得与调试试 验最为接近的数学模型;通过非恒定流计算分析，获 得计算均值压力，机组转速及调压室水位波动过程
及极值。⑶定义计算误差为：1) 压力值计算误差=每一时刻实测均值压力_ 相应时刻计算均值压力；2) 机组转速计算误差=每一时刻实测机组转速 -相应时刻计算机组转速。2.3预测计算与分析的主要思路和方法⑴采用与待预测的试验工况或者控制工况相同 的计算条件,包括上、下游水位、机组特性曲线、导叶46水电姑机电技术
第39卷
开度、机组出力等进行一维过渡过程计算，获得计算 均值压力和计算转速值。(2)预测计算公式为：1) 预测均值压力计算公式每一时刻预测均值压力=相应时刻计算均值压 力+相应时刻计算误差。2) 预测瞬时总压力计算公式每一时刻预测瞬时总压力=相应时刻预测均值 压力+相应时刻脉动压力。3) 预测机组转速计算公式每一时刻预测机组转速=相应时刻计算机组转 速+相应时刻机组转速计算误差。通过上述公式的预测分析即可得到最不利工况 下的进水球阀上游侧压力管道、蜗壳进口、尾水管进 口最大和最小压力，转速的最大上升值、调压室最高 最低涌浪值以及整个输水系统最大压力和最小压力 沿管线的分布等，如果这些参数的极值不能全部满 足设计要求，则需在此基础上进行导叶关闭规律优 化或提出适当的运行条件优化措施，并进入下一轮 预测计算，直至所有参数均符合设计要求。
3机组甩负荷试验实测数据的反演计算与分析下面以双机同时甩75 %额定负荷为例，说明利 用经验模态分析法(EMD)分解的主要成果。试验条件及主要极值：上库水位为397.28 m，下游76.88 m，①机和② 机以225.00 MW负荷正常运行时同时突甩全负荷， 导叶正常关闭，球阀关闭，测得的主要测点极值统计 见表2。将双机同时甩75 %负荷试验实测结果(数据采 集频率为1 〇〇〇 Hz)以①机为例，利用经验模态分析 法(EMD)经由9次EMD分解之后，得到各阶IMF 频率范围和最大幅值详见表3。将各阶IMF分量之
和作为脉动压力A扒心和八丑〇)尾，将最终余量/•„ (t)蜗和r„(t)尾作为均值压力，脉动压力的最大幅值见 统计表4,获取的脉动压力和均值压力曲线详见图 1~图6。表4①机脉动压力幅值范围表测点部位球阀进口蜗壳进口尾水管进口幅值范围+28.5 m+35.0 m+15.0 m-39.0 m^43.0 m-16.5 m
0 20 30 40 50 60时间（s)图2①机球阀进口均值压力图
图3①机蜗壳进口脉动压力图 表2①机和②机同时甩75 %负荷试验主要极值统计表
工况机组 上游水mn下游水位/m水头/m开度
/%
球阀进口水压最
大值/m蜗壳进口水压最尾水管进口水压
大值/m 最小值/m机组转速最大上 升率/%
75%①机 397.2876.88320.4053.94472.73472.7227.1429.76
© 机 397.2876.88320.4052.66470.18475.8918.5729.70
表3①机经由EMD分解后各阶IMF频率范围和最大幅值表
测点部位IMF1IMF2IMF3IMF4IMF5IMF6IMF7 IMF8IMF9
450-460 Hz 300-310 Hz130-160 Hz70-80 Hz 30-45 Hz19-20 Hz10-10 Hz 4~6 Hz3 〜5 Hz球阀进口±9.0m± 10.5 m± 13.5 m±13.0in ± 18.0 m± 10.0 m± 11.5 m ± 7.0 ni ± 9.0 m蜗壳进口± 11.5 m± 11.5 m± 15.0 m±15.51n ± 19.0 m± 14.0 m± 5.0 m ±7.5 ni ± 17.5 m尾水管进口± 2.5 m± 3.5 m± 6.0 m±9.5ni ± 8.0 m± 8.0 m± 6.0 m ± 5.5 rri ± 2.0 m