3　计算结果与分析

3.1　大波动过渡过程

3.1.1　不同特性曲线对大波动计算极值的影响

采用Ts=25s一段直线关闭规律，分别采用3种特性曲线对阜康抽水蓄能电站进行大波动过渡过程计算。采用同一水力设计技术的A曲线和C曲线计算结果差距不大，以下重点比较代表两种不同水力设计技术的A曲线与B曲线计算结果，其中这两条曲线的反“S”区特性对比如图3所示。计算结果表明，A曲线的蜗壳末端最大压力、尾水管进口最小压力、输水系统最小压力、调压室涌浪及大井底板压差均比B曲线计算结果差，但机组转速上升率优于B曲线。对于蜗壳末端最大压力，两种曲线的最大极值差为27.08m，尾水管进口最小压力极值差为2.74m，转速最大上升率极值差为2.34%，输水系统最小压力极值差为2.96m，调压室最高涌浪极值差为0.55m，调压室最低涌浪极值差为0.63m，调压室底板最大压差极值差为3.05m。两种曲线对过渡过程影响较为明显的是蜗壳末端最大压力。由于抽水蓄能机组发电工况甩负荷时，工况点运行轨迹线不可避免地要通过反“S”区[6]，因此以上压力极值的差别主要是由于两种曲线的反“S”区不同造成的。有文献[7]以天荒坪抽水蓄能电站为例，人为地将反“S”区的曲线形态及数值做了4种改动，从弯曲明显的“Z”形逐步过渡到弯曲较小的“幺”形，其计算结果表明这种变化对转速最大上升率的影响为3%～5%，对蜗壳最大压力的影响最大为8%，即约60m的变化范围。

3.1.2　不同特性曲线对水泵工况计算结果的影响

选取典型水泵工况（上库死水位2237.00m，下库正常蓄水位1775.00m，1台机泵工况抽水断电，导叶正常关闭或拒动），分别采用B曲线和C曲线进行计算，其对比结果见表2。在水泵工况导叶正常关闭时，对于蜗壳末端最大压力，C曲线的计算结果大于B曲线，最大差值约26.63m；对于尾水管进口最小压力，C曲线的计算结果小于B曲线，最大差值约11.24m；对于调压室涌浪，两个曲线计算结果较为接近。在水泵工况导叶拒动时，对于蜗壳末端最大压力，C曲线的计算结果略小于B曲线，最大差值约1.6m；对于尾水管进口最小压力，C曲线的计算结果大于B曲线，最大差值约8.09m；对于调压室涌浪，两个曲线计算结果较为接近。在水泵工况导叶关闭过程中，工况点的轨迹线穿过水泵工况区、水泵制动工况区、水轮机工况区和水轮机制动工况区，最终到达零开度线上，不同曲线对水泵工况的大波动过渡过程结果存在明显影响。但由于水泵工况下的初始流量小于水轮机工况，在导叶关闭规律合适的情况下，其大波动结果一般优于水轮机工况。

3.1.3　甩负荷导叶正常关闭工况的控制性参数随时间变化过程对比

以1号机组为研究对象，对发电甩负荷导叶正常关闭工况下的3种特性曲线过渡过程计算结果及变化过程进行对比。选取工况如下：上库正常蓄水位2271.00m，下库正常蓄水位1775.00m，同一水力单元1台机组正常运行，1台机组启动增至额定功率，在调压室达到最高涌浪的不利时刻，2台机组突甩全负荷，导叶正常关闭。3种特性曲线下的流量变化如图4所示，由于转轮特性曲线存在一定差异，故对于选取的工况来说，组合工况的甩负荷时间点略存在差异，但三者的初始流量几乎一致。3种机组特性曲线的主要控制性参数计算结果对比见表3，大波动控制性参数过渡过程变化对比如图5所示。从图4和图5中可以看出，机组甩负荷后导叶关闭，随导叶开度减小，流量减小，机组转速升高，工况点轨迹线穿过飞逸线进入水轮机制动工况区，甚至短暂地进入反水泵工况区。在发电工况甩负荷导叶关闭过程中，由于水流的惯性作用，在蜗壳、压力引水管道产生了正水击压力，在尾水管、尾水压力管道产生了负水击压力，调压室水位也产生了大幅度的上升和下降，随后在上下游水库、调压室、水泵水轮机、岔管等边界反射作用下，产生压力振荡和水位波动[8]。3种曲线的调压室涌浪极值及大井底板压差差距不大，蜗壳末端最大压力存在较大的差别；大波动参数的趋势变化大体上一致，但极值发生时刻和局部变化过程存在一定差异，其中尾水管压力的极值附近振荡变化过程差异较为明显。

3.1.4　甩负荷导叶拒动工况的控制性参数随时间变化过程对比

以2号机组（拒动机组）为研究对象，对发电甩负荷导叶拒动工况下的3种特性曲线过渡过程计算结果及变化过程进行对比。选取工况如下：上库设计洪水位2272.25m，下库死水位1743.00m，最大水头，额定功率，同一水力单元2台机同时甩全负荷，导叶一关一拒。3种特性曲线下的流量变化如图6所示。3种机组特性曲线的主要控制性参数计算结果对比见表4，大波动控制性参数过渡过程变化对比如图7所示。发电工况甩负荷后，导叶拒动的机组运行工况点将沿等开度线移动，经过水轮机工况区、水轮机制动工况区，甚至进入反水泵工况区，最后终止在飞逸工况线上周期性地发生倒流，从图6和图7中可以看出，机组流量、压力、转速将作周期性振荡，此时实际工程中必须紧急关闭进水球阀，避免事故进一步恶化。在导叶拒动时，由于该工程上、下游输水系统较长，虽然导叶拒动不关，但由于高水头水泵水轮机转轮的“截止效应”，在上、下游输水系统中仍产生了很大的正水击和负水击，如A曲线下的蜗壳末端最大压力为750.97m，尾水管最小压力为20.46m，均接近该电站的过渡工程计算控制值。在导叶拒动工况下，由于3种曲线的过流特性差异，蜗壳末端压力和尾水管进口压力的极值差别达到最大，其中蜗壳压力极值的最大差值为34.53m，尾水管进口最小压力极值的最大差值为15.68m；大波动参数的趋势变化基本一致，但波峰和波谷极值存在明显差异。

3.2　水力干扰过渡过程

分别采用B曲线和C曲线对水力干扰过渡过程进行计算及对比。当采用B曲线时，机组接入无穷大的电网条件下的开度调节中，机组功率摆动幅度最大为28.52%，调压室涌浪向上和向下最大振幅分别为7.76m和6.1m；功率调节中，机组出力摆动幅度最大为28.78%，调压室涌浪向上和向下最大振幅分别为8.09m和6.34m。机组接入局部电网的频率调节中，机组进入±0.2%带宽的调节时间为298s，发生工况为“额定水头，同一水力单元的2台机组额定功率正常运行时，其中1台甩负荷，导叶正常关闭”。当采用C曲线时，机组接入无穷大的电网条件下的开度调节中，机组功率摆动幅度最大为33.69%，调压室涌浪向上和向下最大振幅分别为8.07m和6.56m；功率调节中，机组出力摆动幅度最大为37.33%，调压室涌浪向上和向下最大振幅分别为8.07m和6.49m。机组接入有限电网的频率调节中，机组进入±0.2%带宽的调节时间为228.8s，发生工况为“额定水头，同一水力单元的2台机组额定功率正常运行时，其中1台甩负荷，导叶正常关闭”，以及“最小水头，同一水力单元的2台机组额定功率正常运行时，其中1台甩负荷，导叶拒动”。

在开度调节和功率调节下对比B曲线和C曲线的水力干扰过渡过程计算结果，采用C曲线的功率摆动幅度大于B曲线；在频率调节模式下，C曲线进入±0.2%带宽的调节时间小于B曲线，振荡次数和超调量小于B曲线，只有最大偏差略大于B曲线。不同曲线对水力干扰的影响差别较为明显，但两种曲线下的机组出力均呈收敛趋势。机组转速波动比小波动过渡过程剧烈，调节时间较长，但转速波动总趋势均是收敛的。计算中还发现干扰机组的增甩负荷时间对结果存在明显影响。一般来说，实际管道中水击波比计算值衰减要快，因此实际出力摆动会低于计算值。

3.3　小波动过渡过程

选取同一套调速器参数，分别采用B曲线和C曲线对孤立电网下的小波动过渡过程进行计算及对比。当采用B曲线时，小波动最大调节时间出现在工况“额定水头，2台机组满功率运行，突减10%负荷”，此时进入±0.2%带宽的调节时间为23.8s，最大偏差为13.62r/min，振荡次数为0.5，衰减度为0.97，超调量为0.03。当采用C曲线时，小波动最大调节时间出现在工况“额定水头，2台机组80%功率运行，突减10%负荷”，此时进入±0.2%带宽调节时间为24.6s，最大偏差为12.33r/min，振荡次数为0.5，衰减度为0.94，超调量为0.06。对比B曲线和C曲线的小波动过渡过程计算结果，调节时间均很短，调节品质较好，两者差距很小。