巴基斯坦玛尔水电站水力过渡过程计算研究
水电站过渡过程数值计算工况探讨

【 关键 词 】 水 电站
过 渡过 程
数 值计 算 目标 函数
工况
目前 . 国正 在 大 力 进 行 水 电 工 程 的 开 发 , 系 列 巨 型 我 一 水 电 站相 继 进 入 了设 计 和 建设 阶段 。这些 巨型 地 . 式 水 电 站 F
位 等: 除 了 以上 特 征 水 位 以外 , 应 有 上 下 游 水 位 过 程 曲线 及 还
的 1 况 . 中找 出 控 制 工况 , 从 以便 对尽 可能 少 的: [况 研 究 得
出 各种 参 数 的最 不 利 数 值 。
水 电站大波 动过渡过程 中, 组 已脱离 电网 , 既定 的 机 在
1 相关资料
水 电站 过 渡 过 程 与 控 制 计 算 况 分 析 , 熟 悉 以下 几 个 [ 需 方 面 的资 料 : ( )水 位 资 料 ÷ 1
也 是 决 定 所 拟 定 的T 况 是 否 全 面 的 一 项重 要 资 料 。
2 大 波动 、小波 动及 水 力干扰 计算 的 目标
函数
2 1 水 电站 大 波 动 过 渡 过程 .
料 分 析 . 结 了 目前 进 行 水 电站 过 渡 过 程 数 值 计 算 应 该 拟 定 总
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刘 洪 ,水电站过渡过程数值计算工况探讨 ,
( )水轮机 的调保 参数 : 2 蜗壳最大 压力升高值⑧ ( 包括
绝 对 值 和 相对 值 , 数 电 站 采用 绝 对 值 ) 机组 转速 升 高 相 对 多 ;
3 工况拟定
3 1 大 波 动 工 况 拟定 .
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《 湖南水利水电} o ' 2o 年第 5 7 期
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水电机组水力过渡过程的数值计算方法

水电机组水力过渡过程的数值计算方法
魏先导
【期刊名称】《大电机技术》
【年(卷),期】1989(000)004
【总页数】7页(P45-51)
【作者】魏先导
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TM312.02
【相关文献】
1.大田河落生水电站水力机组过渡过程分析 [J], 任启淼
2.老木孔水电站机组及下游河道的水力过渡过程计算 [J], 吴维金;朱亚军
3.水电厂两台机组水力干扰过渡过程分析 [J], 付亮;邹桂丽;寇攀高;魏加富
4.某水电站冲击式机组水力过渡过程研究 [J], 贺朋朋;张辉
5.单机1000MW级水电站洞机组合水力过渡过程研究 [J], 杨飞;舒静;崔伟杰;李高会;倪绍虎
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基于C平台的水力过渡过程计算研究

基于C平台的水力过渡过程计算研究张建勋;杨超【摘要】为了准确预测机组过渡过程时的状况,推荐较为合理的导叶关闭时间和规律,以七里塘电站为例,应用基于C程序编制的过渡过程计算程序,结合电站引水系统和机组参数,计算不同工况下的结果,与实际运行时导叶设定的关闭规律和时间对比,结果表明,程序计算结果与实际运行规律很接近,说明该程序应用于计算电站过渡过程是可行的.【期刊名称】《吉林水利》【年(卷),期】2019(000)007【总页数】4页(P34-36,41)【关键词】过渡过程;导叶;七里塘;C程序【作者】张建勋;杨超【作者单位】贵州省水利水电勘测设计研究院,贵州贵阳 550002;贵州省水利水电勘测设计研究院,贵州贵阳 550002【正文语种】中文【中图分类】TV7341 概述水力过渡过程也称为非恒定流、瞬变流,是指系统中的水流从某一恒定状态转换到另一恒定状态的过程,这个过程主要是指水轮机组和引水管道各节点处的水头、流量等特征值连续动态变化的过程。
相关电站运行经验表明,几乎所有水电站的水力机械的事故都是在水轮机组过渡过程出现不可预知的情况下发生的,比如水电站整个发电系统的负荷变化过大或过快导致压力钢管的水流极不稳定,出现强烈的水锤效应和管道压力振动。
一般来说,过渡过程是比较短暂的,通过调速系统的调节,机组会趋于稳定状态,但恶劣的过渡过程,不仅会危害水电站建筑物、机电设备和运行人员的人身安全,还可能会危及到整个电网的安全。
文章基于C语言程序平台,结合水电站运行时的各种工况,通过水力模拟计算找到改善过渡过程的方法,确保水电站安全运行。
2 研究方法在20世纪30年代前,计算水锤主要是应用连锁方程进行反复的算术运算。
计算工作量非常大[1];从20世纪30年代起,图解法渐渐发展起来,但由于其计算精度取决于作图的技巧,工作量也比较大;从20世纪60年代起,由于计算机的出现,利用电子计算机计算水锤过程受到越来越多的关注。
水电站过渡过程与仿真(3)

水力过渡过程的分析中,我们总是以恒定流状态作 为初始条件。至于边界条件,则因管道系统而异。 本章还将介绍几种典型的边界条件。
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2
3.1 特征线方程
❖ 连续方程和动量方程和组成了一对准线性双曲型微分方程。其中有两 个因变量即速度和水力坡度线高度,两个自变量是沿管距离和时间。这 两个方程可以用特征线方法变换成四个常微分方程。
❖ 在两根不同特性管子的连接处,任一瞬间必须满足连续方程,这就是说 在连接处没有储存容积。而且通常假定在任一瞬间,水力坡度线在连接 点两侧有相同的高度。后面的这个假设就等于说接头处并无局部损失而 且可以忽略掉速头项。后面将会提到,这一点并不是必要的,但在大多 数情况下,它是一个可以接受的处置办法。
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❖ 显然,对于管内计算截面,在任何一个时刻, 它在前一时步的数值总是已知的,当管路两端 的边界条件给定时,时刻t计算断面i的未知流量 Qpi和水头Hpi可以联立C+和C-相容性方程得到。
❖ 单管的任何一端,只有一个两变量的相容性方 程可用。对上游端,方程沿C-特征线成立,而 对下游边界,方程沿C+特征线成立。这是两个 关于Qp和Hp的线性方程,每一个方程把瞬变期 间的管内流体的整个特性和响应传到相应的边 界上去。这种情况,都要一个辅助方程来规定 Qp和Hp,或者规定它们之间的某种关系。那就 是说辅助方程应将边界的情况传给管子。求解 时,每个边界条件和另一个边界条件无关,和 内部点的计算也无关。
❖ 图上朝负方向倾斜的对角线BP满足方 程C-特征线方程,沿BP对C-相容性方 程积分,用B点的已知条件和P点的未 知条件,可以得出用在P点的同样两个 未知变量表示的第二个方程。
特征线法计算水电站甩负荷过渡过程的研究

bp ——永久转差系数, 取 2% ;
T a —— 机 组 惯 性 时 间 常 数 ( T a =
GD 2·n 365P 0
2 0
)
;
—6—
T s′——导叶有效关闭时间;
Κ2 ——水锤修正系数 (Κ2=
1+
Φm 2
+
Φm 2 ) ;
Φm ——水锤压力升高值;
Ρ——管路特性系数 (Ρ=
g
1 计算方法与数学模型 导叶关闭过
程中, 由于水流惯性, 使导叶上游侧流体受压, 并产生水击压力波, 该波向上游和下游快速往 复传播, 见图 1。
图 1 水击压力变化示意图
压力波的大小与导叶关闭速度和规律以及 稳态流量密切相关, 特征线网格法就是在沿管 路方向的时空领域内, 按时段划分管路, 见图 2, 结合上、下游的边界条件及初始条件, 求解各 时段的瞬态水头和流量。
管路特性系数 0. 168 0. 162
水锤修正系数 1. 029 1. 031
1. 040 1. 037
比转速
192. 8 190. 5
147. 2 140. 9
相对升速时间 s 0. 779 0. 780
0. 807 0. 811
转速上升率
38. 21 41. 73 40. 00 28. 16 24. 88 28. 00
b. 对于抽水蓄能电站, 其主机设备、接 线方式、启动停机方法、工况转换及有关参数的 变化等控制因素, 远远多于常规机组, 而且常规 算法不能完成过渡过程的计算, 所以必须采用 特征线法进行, 以确定厂位、洞线、调压井位置、 最佳关闭规律等。 这种方法在国内外蓄能电站 的过渡过程计算中, 已广泛应用, 并取得了良好
水力阶撑试验在巴基斯坦N-J工程的应用研究

水力阶撑试验在巴基斯坦N-J工程的应用研究摘要:N-J工程引水隧洞下平段部分区域需要从Jhelum河的河底穿过,该区域围岩工程地质条件极差,且充水运行后隧洞衬砌需承受较高水头压力,设计采用压力钢衬取代钢筋混凝土衬砌从而为该段有压隧洞后续运行的安全可靠提供保证。
特采取水力阶撑试验以验证压力钢衬的必要性及确定其长度。
水力阶撑试验是通过模拟测试段裂隙岩体在高压水头下的破坏过程,从而确定岩体承载能力。
本次试验通过选取大量点位进行多次试验,得到了本工程穿河段区域岩体全面可靠的承载能力数据,为确定压力钢衬的长度提供了理论支撑,从而达到了优化设计,节约工程承成本的目的。
水力阶撑试验由于能充分模拟工程运行条件下的工况,所得到的数据真实可靠,从而可直接用于指导建筑施工设计,在未来施工领域具有广阔应用前景。
关键词:水力阶撑;阶撑压力;承载能力;压力钢管N-J水电工程设计从C1标大坝引水经C2标引水隧洞至C3标厂房进行发电,其中C2标引水隧洞T3a~T3c段从JHELUM河底穿过,JHELUM河河道宽度约100~110m,枯水期水面宽度约70~80m,引水隧洞穿河段最小埋深约165m。
穿河段设计为双线洞,开挖断面为马蹄形断面,断面尺寸为8.55m×9.05m(宽×高)。
前期取芯勘探及实际开挖揭露岩层显示,该段砂岩与泥岩互层发育,其中砂岩多裂隙发育,透水性强,泥岩透水性弱,但岩石强度极低,自稳能力差。
该段在开挖过程中,掌子面曾出现较大涌水,虽然对该段掌子面采取超前灌浆堵水的措施,但仍有部分区域由于岩石过于破碎且涌水量极大,无法正常止水,造成大面积塌方。
这种特殊的地质条件对引水隧洞衬砌提出极高的要求。
引水隧洞C1标高程986.005m,穿河段河中点桩号ST.D4+560.0处高程为602.608m,两处水头差为383.397m。
由于较大的水头差,对引水隧洞的裂隙岩体承载能力提出了较高要求,又由于穿河段特殊的地质条件,为保证该段引水隧洞安全稳定的运行,根据设计需在引水隧洞斜洞下半段以及下平段进行水力阶撑试验,以确定该段围岩的承压和抗渗能力,从而确定钢衬安装的必要性及其长度。
水电站过渡过程与仿真课件

调整与改进
根据运行状态监测结果,对控制 策略进行调整和改进,提高过渡
过程控制的可靠性和效率。
05
水电站过渡过程的优化方法
优化目标的确定
发电效率最大化
通过优化过渡过程,提高水轮机的发电效率,最 大化电站的电能产出。
减少水锤压力
优化过渡过程,降低水锤压力,保护水电站设备 和管道的安全。
。
确定控制参数
根据分析结果,确定用于控制过渡 过程的关键参数,如机组流量、转 速等。
设计控制逻辑
基于控制参数,设计合理的控制逻 辑,包括启动、停机、调速等控制 环节。
控制策略的实施与优化
实施控制策略
将设计好的控制逻辑应用于实际 的水电站控制系统,并进行调试
和优化。
监测运行状态
实时监测水电站的运行状态,收 集相关数据,为控制策略的进一
经济性影响
过渡过程控制不当可能导 致机组偏离最优工况,增 加能耗和减少发电效益。
稳定性影响
过渡过程的稳定性决定了 水电站的稳定运行,对电 网的稳定性也有重要影响 。
过渡过程的研究意义
提高水电站运行安全
保障电网稳定性
通过研究过渡过程,可以优化控制策 略,减少机组和管道承受的冲击,提 高运行安全性。
深入了解过渡过程有助于制定合理的 并网策略,减小对电网稳定性的影响 。
降低能耗
通过优化过渡过程,降低水电站的能耗,提高能 源利用效率。
优化算法的选择
数学模型法
建立水电站过渡过程的数学模型,通过求解数学模型得到最优解 。
人工智能算法
采用人工智能算法,如遗传算法、粒子群算法等,对过渡过程进行 优化。
混合算法
结合数学模型法和人工智能算法,形成混合算法,提高优化效率和 精度。
跨流域引水发电系统水力过渡过程计算研究

同时满足 C 方程。O为进 1损失系数 。 一 l 3
() 2 调压 井边 界 。
同时满足 C方程 , 为 出口损失系数。 O l
2 工程 实例
运 方 : =0_) 动 程 ( z 譬 z 一
2 调压 号
水式 电站有很大的不同。因此研究跨流域 引水发 电是有实际工程意义的。
1 水 力过渡 过程计 算特 点和 方法
1 计算特点 . 1
两 条 引 水 隧 洞 备 有独 立 的 调压 并 ,调 压 并 后
1 号
也备 有独立 的高压管道和 岔管支管等 。 在高压 管
道 主 管 或 支 管 上 再 将 两 者 连 接 , 当于 采 用联 络 相 管 将 两 个 独 立 的 引水 式 电站 通 过 高 压 管 道 连接 。
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20年第 2 ( 2 卷 23 ) 08 期 第 6 8期
【 文章编号 ]02 02 (08 O —03 一o 10 - 64 20 )2 07 3
东北水利水电
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跨流域引水发电系统水力过渡过程计算研究
唐 珂 , 小明, 鞠 陈云 良, 冲 喻
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j
B= A g
20 年第 2 ( 2 卷 23 ) 08 期 第 6 8期
量 ; 和 Q 日 为尾水 管进 口端压 力和流量 。Q 为
单 位 流量 。
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R堡 :
() 6
2 DA g
联 立上 述 方 程 , 得 到 关 于 的一 元 二 跨 流 域 引 水 发 电 系 统 连
1 计算方法 . 2
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巴基斯坦玛尔水电站水力过渡过程计算研究许建文;胡建根【摘要】根据玛尔水电站引水系统的特性和选定的机组参数进行了大波动及小波动的过渡过程计算,经计算分析后提出的机组及调速器参数既能满足引水系统在极端工况下甩负荷的要求,也能满足机组负荷调整时转速的稳定性要求,确保电站安全稳定运行.【期刊名称】《水电与新能源》【年(卷),期】2016(000)010【总页数】5页(P24-28)【关键词】过渡过程;转动惯量;关闭规律;大波动;小波动【作者】许建文;胡建根【作者单位】上海勘测设计研究院有限公司,上海 200434;上海勘测设计研究院有限公司,上海 200434【正文语种】中文【中图分类】TK730.2:TK730.7巴基斯坦玛尔(Mahl)水电站位于巴基斯坦东北部的吉拉姆河上,为吉拉姆河梯级开发的第2级,电站由碾压混凝土重力坝、引水发电建筑物等永久性水工建筑物构成。
电站为坝后式厂房,引水系统为1管1机,安装3台单机容量为213.33 MW的立轴混流式水轮发电机组。
在水电站实际运行过程中,因系统负荷变化机组将频繁进行调节,或因突发事故甩负荷而停机,这些负荷变化都将造成引水系统管线水压的波动和机组转速的变化,影响电站的正常运行。
因此研究并确定引水系统水流惯性、机组惯性和调速系统调节性能之间的控制参数,对电站运行的安全稳定至关重要[1]。
水电站过渡过程计算主要研究机组在突甩负荷及负荷变化时系统瞬态过程的特性,通过计算大波动工况和小波动工况中机组转速的变化、引水压力管道中的压力变化及其极值,选定导水机构合理的调节时间和关闭规律,确定调速器的调节参数,优化机组转动惯量,使水工建筑物设计方案和机组参数更为经济合理,为电站设计及安全运行方式的制定提供理论依据。
本电站水力过渡过程采用水力-机械过渡过程仿真系统软件进行计算,该软件以特征线方法为基础,然后对相关结点分别进行处理。
电站引水系统、机组、调速器及电网在程序中作为一个相互关联的整体进行仿真计算。
1.1 电站参数1)上游水库水位。
校核洪水位:587.66 m,正常蓄水位:585.00 m,发电死水位:577.00 m。
2)下游尾水位。
校核洪水位:544.93 m,三台机组额定运行:521.90 m,一台机组额定运行:519.60 m。
1.2 机组参数水轮机型号:HL-LJ-730最大水头:67.20 m额定水头:55.00 m最小水头:45.50 m额定流量:434.80 m3/s额定出力:216.58 MW额定转速:83.30 r/min安装高程:515.10 m发电机型号:SF213.33-72/14700额定容量:213.33 MW/237.03 MV·A2.1 过渡过程计算标准根据《水力发电厂机电设计规范(DL/T 5186-2004)》的规定及机组参数,确定以下过渡过程计算保证值[2]:机组最大转速升高率保证值不大于50%;水轮机蜗壳中心最大静压力为685.7 kPa,蜗壳允许的最大压力保证值不大于981 kPa;考虑电站所处位置海拔高程及尾水管进口不稳定流动压影响,尾水管进口断面最大真空度保证值不大于0.075 MPa。
机组小波动稳定性应满足《水轮机控制系统技术条件(GB/T9652.1-2007)》及《水轮机电液调节系统及装置技术规程(DL/T563-2016)》的相关要求。
2.2 调节保证计算工况的拟定根据相关规定及要求,针对玛尔水电站的流道布置、输水系统特点、主接线方案、电站运行方式、机组运行可能出现的不利工况、调速器及电网特性,拟定本站的大波动工况和小波动工况进行全面的过渡过程计算。
1)大波动工况。
工况D1:上游正常蓄水位585.00 m,1台机组在最大水头、额定出力运行时甩全负荷。
工况D2:上游正常蓄水位585.00 m,1台机组在额定水头、额定出力运行时甩全负荷。
工况D3:下游1台机满发尾水位519.60 m,1台机组在额定水头、额定出力运行时甩全负荷。
工况D4:上游死水位577.00 m,1台机组在最小水头、满出力运行时甩全负荷。
工况D5:上游正常蓄水位585.00 m,1台机组在最大水头、75%额定出力运行时甩全负荷。
工况D6:上游正常蓄水位585.00 m,1台机组在额定水头、75%额定出力运行时甩全负荷。
工况D7:下游1台机满发尾水位519.60 m,1台机组在额定水头、75%额定出力运行时甩全负荷。
工况D8:上游死水位577.00 m,1台机组在最小水头、75%满出力运行时甩全负荷。
工况D9:上游正常蓄水位585.00 m,1台机组在最大水头、50%额定出力运行时甩全负荷。
工况D10:上游正常蓄水位585.00 m,1台机组在额定水头、50%额定出力运行时甩全负荷。
工况D11:下游1台机满发尾水位519.60 m,1台机组在额定水头、50%额定出力运行时甩全负荷。
工况D12:上游死水位577.00 m,1台机组在最小水头、50%满出力运行时甩全负荷。
2)小波动工况。
机组小波动稳定计算主要考虑两类工况:①机组在90%额定负荷工况下发生5%的阶跃负荷扰动,考核机组负荷调整时转速的稳定性能;②机组从额定负荷甩负荷至空载运行,考核脱离电网后机组空载调节稳定性能。
根据本电站的特点,在不同水头情况下,进行小波动过渡过程数值仿真计算与分析,为电站正常运行提供参考依据。
工况X1:上游正常蓄水位585.00 m,最大水头,1台机组在额定负荷运行时突减5%负荷。
工况X2:上游正常蓄水位585.00 m,额定水头,1台机组在额定负荷运行时突减5%负荷。
工况X3:上游死水位577.00 m,最小水头,1台机组满负荷运行时突减5%负荷。
工况X4:上游正常蓄水位585.00 m,最大水头,1台机组90%额定负荷运行时突增5%负荷。
工况X5:上游正常蓄水位585.00 m,额定水头,1台机组90%额定负荷运行时突增5%负荷。
工况X6:上游死水位577.00 m,最小水头,1台机组90%满负荷运行时突增5%负荷。
工况X7:上游正常蓄水位585.00 m,最大水头,1台机组额定负荷运行时突减至空载。
工况X8:上游正常蓄水位585.00 m,额定水头,1台机组额定负荷运行时突减至空载。
工况X9:上游死水位577.00 m,最小水头,1台机组满负荷运行时突减至空载。
2.3 引水系统布置电站为坝后式厂房,机组采用1机1管的引水方式,3台机组的引水系统布置完全相同,过渡过程按1号机组进行计算。
引水系统布置示意图见图1所示。
2.4 机组转动惯量机组GD2取值对机组转速上升率有较大影响,应通过敏感性分析对机组的GD2取值的合理性进行优选[3]。
根据同类电站的资料并根据机组参数进行计算,拟定本站机组GD2的取值为80 000~95 000 t·m2之间。
根据拟定的大波动工况进行计算,从计算结果可知,当机组转动惯量由80 000 t·m2增大至95 000 t·m2时,机组甩负荷后的最大转速上升率由45.9%下降至41.5%,但蜗壳最大压力和尾水管进口最小压力基本不变。
综合考虑小波动稳定性以及机组制造成本,本电站机组GD2按85 000 t·m2进行过渡过程计算。
2.5 计算参数过渡过程计算参数见表1所示。
本站引水系统的水流惯性时间常数Tw和机组惯性时间常数Ta的计算值均在规范要求的范围内。
2.6 导叶关闭规律根据拟定的过渡过程工况,综合考虑系统甩负荷过程中蜗壳压力上升和机组转速上升的因素,对导叶关闭规律进行优化计算,选定水轮机导叶关闭规律采用一段关闭,导叶从额定点开度至全关的时间为8.0 s[4-5]。
2.7 调速器调节参数根据小波动解析推导理论,水轮机工作水头越小,输水发电系统的小波动稳定性越差。
采用选定的导叶关闭规律,以小波动工况X3及X6为特征工况,对调速器参数进行优化计算。
根据优化计算的结果,最终设定调速器调节参数为Tn=1.0s,Td=6.7s,bt=0.5。
3.1 过渡过程计算成果1)大波动计算成果。
过渡过程大波动计算成果见表2所示。
2)小波动计算极值成果。
过渡过程小波动计算极值成果见表3所示。
3.2 过渡过程典型工况波形图根据以上计算结果,可知D1、D3为大波动的典型工况,X9为小波动的典型工况,典型工况中各特征参数随时间变化的波形如图2~图4所示。
3.3 结果分析1)计算结果表明:在机组飞轮力矩85 000 t·m2和选定的导叶关闭规律条件下,甩负荷时机组最大转速升高率(约44.3%)出现在D3工况;蜗壳最大压力值(约854.4 kPa)出现在D1工况;尾水管进口最小压力(约3.9 kPa)出现在D1工况。
各工况计算结果均可满足计算保证值的要求。
2)对小波动而言,机组的运行水头越低,其稳定性就越差。
小波动过渡过程的控制工况是工况X9。
该工况转速超过3%的波动次数为1次,但机组转速进入±0.2%稳定带宽的调节时间为91.45 s,表明机组在最小水头时突减负荷至空载的小波动调节品质稍差。
当机组发生5%的阶跃负荷扰动时,转速最大偏差为2.36 r/min,为额定转速的2.83%。
机组转速进入±0.2%稳定带宽的最长调节时间为20.75 s,波动次数最多为1次,表明此类工况下机组小波动稳定性较好,具有良好的调节品质。
通过对本电站调节保证的计算研究,本阶段选定的机组参数和导叶关闭规律既能满足引水系统在极端工况下甩负荷的要求,也能满足机组负荷调整时转速的稳定性要求也能满足机组并网后负荷变化时对稳定性的要求,为本电站引水系统的设计提供了参考依据。
在下一阶段工程实施中,当引水系统建筑物或机组参数作出调整时,将对过渡过程进行复核计算,以确保电站安全稳定运行。
【相关文献】[1]水电站机电设计手册编写组. 水电站机电设计手册: 水力机械[M]. 北京: 水利电力出版社, 1989[2]郑源,张健. 水力机组过渡过程[M]. 北京: 北京大学出版社, 2008[3]杨建东, 高志芹. 机组转动惯量GD2的取值及对水电站过渡过程的影响[J]. 水电能源科学, 2005, 23(2): 47-49[4]沈祖诒. 水轮机调节[M]. 北京: 中国水利水电出版社, 1998[5]魏守平. 现代水轮机调节技术[M]. 武汉: 华中科技大学出版社, 2002。