常玉紅，桂中華，盧偉甫，范龍楠

（1.國網(wǎng)新源控股有限公司，北京市 100761；2.國網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心，北京市 100161；3.吉林敦化抽水蓄能有限公司，吉林敦化 133700）

抽水蓄能機(jī)組空載穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀分析

常玉紅1，桂中華2，盧偉甫2，范龍楠3

（1.國網(wǎng)新源控股有限公司，北京市 100761；2.國網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心，北京市 100161；3.吉林敦化抽水蓄能有限公司，吉林敦化 133700）

水泵水輪機(jī)的空載不穩(wěn)定使得機(jī)組并網(wǎng)困難，嚴(yán)重的還會導(dǎo)致機(jī)組部件的損壞、機(jī)組運(yùn)行中斷，影響到電廠和電網(wǎng)的生產(chǎn)和運(yùn)行安全，水泵水輪機(jī)空載穩(wěn)定性問題已成為當(dāng)前需要解決的關(guān)鍵性問題之一。從數(shù)值模擬和模型試驗兩個方面綜述了改善水泵水輪機(jī)空載穩(wěn)定性方面的研究成果。指出應(yīng)從內(nèi)流場數(shù)值仿真和PIV內(nèi)流測量兩個方面，研究水泵水輪機(jī)的“S”形特性和空載穩(wěn)定性，分析水泵水輪機(jī)“S”形特性、空載穩(wěn)定性與內(nèi)流渦動力學(xué)的關(guān)系，為水泵水輪機(jī)水力設(shè)計提供方向性的指導(dǎo)，改善其空載穩(wěn)定性。

水泵水輪機(jī)；空載；“S”形特性

0 引言

抽水蓄能機(jī)組在電力系統(tǒng)中擔(dān)任調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、事故備用和吸收多余電能等任務(wù)方面功效顯著，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行不可或缺。國內(nèi)外水泵水輪機(jī)組在運(yùn)行中碰到問題較多，在S特性區(qū)內(nèi)運(yùn)行不穩(wěn)定現(xiàn)象特別突出，如我國的天荒坪、寶泉等電站，國外法國蒙特齊克電站、印度比拉電站以及比利時時庫電站都曾出現(xiàn)過空載不穩(wěn)定問題［1］。水泵水輪機(jī)的空載不穩(wěn)定會出現(xiàn)在水輪機(jī)工況、水輪機(jī)制動工況甚至反水泵工況之間來回轉(zhuǎn)換使得機(jī)組并網(wǎng)困難或甩負(fù)荷后不能達(dá)到空載穩(wěn)定以至跳機(jī)，影響機(jī)組的啟動，嚴(yán)重的還會導(dǎo)致機(jī)組部件的損壞、機(jī)組運(yùn)行中斷，影響到電廠和電網(wǎng)的生產(chǎn)和運(yùn)行安全。目前許多抽水蓄能電站利用在真機(jī)上加裝異步導(dǎo)葉裝置來改變不穩(wěn)定的S特性，但這又導(dǎo)致機(jī)組的振動增大等新問題的出現(xiàn)。隨著蓄能電站建設(shè)的發(fā)展，人們迫切希望不再采用異步導(dǎo)葉來改善空載穩(wěn)定性。水泵水輪機(jī)空載穩(wěn)定性問題已成為當(dāng)前需要解決的關(guān)鍵性問題之一［2］，近年來人們針對水泵水輪機(jī)空載穩(wěn)定性問題開展了大量的數(shù)值計算和模型測試方面的研究。

1 水泵水輪機(jī)空載穩(wěn)定性研究

1.1 水泵水輪機(jī)內(nèi)流場值數(shù)值計算研究進(jìn)展

從20世紀(jì)80年代開始，基于三維CFD的數(shù)值模擬手段就已經(jīng)應(yīng)用于水輪機(jī)及水泵內(nèi)部的定常流場分析，其主要是服務(wù)于水輪機(jī)及水泵的水力設(shè)計，CFD計算結(jié)果主要用于評價水力設(shè)計的水力效率及空化性能［3］。隨著計算流體動力學(xué)（CFD）的發(fā)展，數(shù)值模擬手段近幾年被廣泛用于水力機(jī)械的水力穩(wěn)定性和水力振動分析。特別是在水輪機(jī)領(lǐng)域，研究已取得較大進(jìn)展。清華大學(xué)、西安理工大學(xué)、昆明理工大學(xué)和武漢大學(xué)等單位在水輪機(jī)尾水管渦帶、間隙流動及流固耦合方面，提供了可供水泵水輪機(jī)研究借鑒的方法和思路［4］-［5］。但是水泵水輪機(jī)的穩(wěn)定性與普通大型的混流式水輪機(jī)穩(wěn)定性有所區(qū)別，對于大型水輪機(jī)來說，更為關(guān)心的是水輪機(jī)在部分負(fù)荷工況下的壓力脈動特性及其產(chǎn)生的水力振動問題，而水泵水輪機(jī)更為關(guān)心的是在工況轉(zhuǎn)換過程中的水力穩(wěn)定性及水力振動問題，特別是水輪機(jī)工況空載不穩(wěn)定，影響了水泵水輪機(jī)的啟動成功率，嚴(yán)重的不穩(wěn)定還可能造成水泵水輪機(jī)部件的損壞。

在水泵水輪機(jī)領(lǐng)域，從20世紀(jì)80年代開始，就已經(jīng)有學(xué)者將三維CFD的數(shù)值模擬手段應(yīng)用于水泵水輪機(jī)內(nèi)流場的分析。目前研究較多有不同湍流模型對于水泵水輪機(jī)內(nèi)流場計算的適用性、不同工況下水泵水輪機(jī)內(nèi)流場特性等問題，當(dāng)前國內(nèi)的研究主要集中在這方面。對于水泵水輪機(jī)內(nèi)流場測試、機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性、水力振動等方面，與水泵水輪機(jī)技術(shù)較為先進(jìn)的日本和歐洲等國家相比，研究相對較少。對于水泵水輪機(jī)內(nèi)部流動模擬，一般來說可以分成如下兩大類。

第一類是水泵水輪機(jī)常規(guī)內(nèi)流場的數(shù)值模擬。這種工作主要是研究水泵水輪機(jī)在不同工況的水力性能，重點(diǎn)在于湍流計算方法。如有部分學(xué)者嘗試使用不同的湍流模式對水泵水輪機(jī)不同工況進(jìn)行計算后發(fā)現(xiàn)，在水泵水輪機(jī)流場計算中，基于k–ω湍流模型的雷諾時均方法（RANS），不僅具有較高的計算精度，還具有很高的計算效率，因此推薦將該方法用于水泵水輪機(jī)非定常流動分析［6］；也有部分學(xué)者指出RNGk–ε湍流模型對小流量工況水泵水輪機(jī)內(nèi)部流態(tài)的模擬更準(zhǔn)確［7］。另一方面，一部分學(xué)者認(rèn)為，大渦模擬方法（LES）在分析水泵水輪機(jī)非定常內(nèi)部流動時，因其直接求解瞬態(tài)N-S方程，較之RANS方法具有優(yōu)勢。但LES也存在兩個主要問題：一是在求解水泵水輪機(jī)這種葉片扭曲度較大的葉輪通道時，因Smagorinsky 亞格子尺度應(yīng)力（SGS）模型不能充分反映葉片扭曲及旋轉(zhuǎn)帶來的剪切力各向異性的特性，因此需要發(fā)展高階動態(tài)SGS模型；二是LES在近壁區(qū)要求有非常細(xì)密的計算網(wǎng)絡(luò)，從而也相應(yīng)地要求很小的時間積分步長，這樣計算量急劇增大［8］。而在求解非定常內(nèi)流場時，近壁區(qū)的流動又常是關(guān)注的重點(diǎn)，為此，有必要對LES做某種形式上的改進(jìn)，以使其適用于近壁區(qū)的低雷諾數(shù)流動。實(shí)際上，計算流體動力學(xué)在不斷發(fā)展，近幾年出現(xiàn)的URANS（Unsteady RANS，非穩(wěn)態(tài)雷諾時均法）為解決這一問題提供了較好的解決方案［9］。URANS改變了雷諾平均等同于時間平均的概念，近幾年在其他流體工程領(lǐng)域得到重視，并開始出現(xiàn)了將LES方法與URANS方法耦合求解核心區(qū)流動和近壁區(qū)流動的新模式，這為獲得高精度的非穩(wěn)定場解析提供了一種新的途徑。

第二類是研究水泵水輪機(jī)不同工況下內(nèi)流場流動特性及穩(wěn)定性問題。2006年Sickm通過利用雷諾應(yīng)力紊流模型對非穩(wěn)態(tài)水泵水輪機(jī)內(nèi)流場進(jìn)行了計算，研究下部分負(fù)荷條件下，水泵水輪機(jī)尾水管的非穩(wěn)定流態(tài)以及對轉(zhuǎn)輪軸振動特性的影響，并與試驗的數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比［10］；2007年日本學(xué)者研究了長短葉片形式在水泵水輪機(jī)的應(yīng)用，指出長短葉片形式能夠改善部分負(fù)荷運(yùn)行時的壓力脈動和水輪機(jī)進(jìn)口處的空化特性［11］；2008年武漢大學(xué)錢忠東等人利用CFD對非同步導(dǎo)葉下對于水泵水輪機(jī)的壓力脈動進(jìn)行了分析，主要針對非同步導(dǎo)葉對于尾水管、無葉區(qū)以及蝸殼及導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中壓力脈動影響進(jìn)行研究［12］；2011年冉紅娟等人針對可逆式水輪機(jī)泵工況下駝峰現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了低壓邊的流態(tài)、進(jìn)口漩渦等對于水泵水輪機(jī)的駝峰現(xiàn)象的影響［13］。同時還有很多研究機(jī)構(gòu)及學(xué)者對“S”形的形成也進(jìn)行了內(nèi)流流動的分析，正如部分學(xué)者指出，水泵水輪機(jī)在制動區(qū)內(nèi)的不穩(wěn)定流動特性，葉片和活動導(dǎo)葉的進(jìn)口以及固定導(dǎo)葉和活動導(dǎo)葉之間的回流渦的產(chǎn)生，是水泵水輪機(jī)“S”形特性形成的主要原因［14］；同時也有研究人員指出產(chǎn)生于葉片進(jìn)口的橫向漩渦，即在轉(zhuǎn)輪進(jìn)口域附近形成完整的和彎曲的環(huán)狀流動是形成“S”形的原因［15］。同時還有大量的研究者從抽水系統(tǒng)方面，研究了“S”形特性對于機(jī)組過渡過程穩(wěn)定性的影響，如清華大學(xué)陳乃祥等人針對水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪全特性與蓄能電站過渡過程的相關(guān)性進(jìn)行了分析，也指出在設(shè)計過程中適當(dāng)調(diào)整導(dǎo)葉相對高度等參數(shù)，改變特性曲線形狀，減緩開度線變化斜率，可優(yōu)化過渡過程［16］；武漢大學(xué)楊建東等人也針對水泵水輪機(jī)“S”形特性對于抽水蓄能機(jī)組過渡過程穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了數(shù)值仿真、模型測試以及現(xiàn)場試驗等工作，如利用優(yōu)化策略等方法改進(jìn)水泵水輪機(jī)過渡過程的穩(wěn)定性問題［17］。

數(shù)值仿真近年來已經(jīng)成為研究水泵水輪機(jī)水力性能、水力穩(wěn)定性等問題的最主要的手段之一，目前的研究還是主要集中利用RANS方法對水泵水輪機(jī)內(nèi)流場進(jìn)行分析，RANS方法對于水輪機(jī)在額定工況、最優(yōu)工況附近其計算精度較高，對于小流量甚至是空載流量下，由于其內(nèi)流流動非常復(fù)雜，基于RANS方法的數(shù)值仿真精度較差，難以反映該種工況下水泵水輪機(jī)的真實(shí)流動情況。

1.2 水泵水輪機(jī)模型試驗及內(nèi)流場PIV測試研究進(jìn)展

模型實(shí)驗是獲取水力機(jī)械穩(wěn)定性研究的主要途徑，在水泵水輪機(jī)領(lǐng)域得到較廣泛應(yīng)用。早在2001年陳德新等人就通過對水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪流道中壓力分布的測量和流動可視化與圖像處理技術(shù),獲得了“S”形特性區(qū)轉(zhuǎn)輪內(nèi)的壓力分布曲線與轉(zhuǎn)輪葉片翼間流動圖像、速度矢量圖［18］；2005年，王玲花等人利用PIV流場測試技術(shù)，對低比速混流式模型水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪在水輪機(jī)工況下進(jìn)行了可視化研究，結(jié)果表明水泵水輪機(jī)模型在設(shè)計工況下轉(zhuǎn)輪區(qū)的流態(tài)較好；在非設(shè)計工況下，不管正沖角還是負(fù)沖角，翼間流場都會有一定的脫流與旋渦存在；尤其在大流量工況下，在葉片正面形成大范圍的脫流漩渦，但由于漩渦位置幾乎不變，機(jī)組運(yùn)行比較穩(wěn)定；在小流量工況下，葉片背面存在著周期性的脫流漩渦，漩渦葉片進(jìn)口逐漸變化到葉片流道出口，易形成周期性較大的壓力脈動，導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定［19］。目前，國內(nèi)的水泵水輪機(jī)模型試驗臺主要有水科院水力機(jī)械測試試驗臺，以及東方電機(jī)及哈爾濱電機(jī)的水力機(jī)械測試試驗臺，三個試驗臺主要用于水輪機(jī)及水泵水輪機(jī)的模型驗收試驗，針對水泵水輪機(jī)開展的研究還比較少。在國外，目前開展水泵水輪機(jī)水力穩(wěn)定性及水力激振研究的試驗臺主要集中在歐洲的水力機(jī)械試驗臺，如法國阿爾斯通水力機(jī)械試驗臺和瑞士的洛桑水力機(jī)械試驗中心。法國國立格勒諾布爾理工學(xué)院（Institute National Polytechnic de Grenoble）Gabriel Dan CIOCAN等人于2006年利用LDV（激光多普勒測速儀）和不穩(wěn)定全壓探針設(shè)備對水泵水輪機(jī)導(dǎo)葉至轉(zhuǎn)輪之間的流態(tài)及壓力脈動進(jìn)行了測量，對水泵和水輪機(jī)兩個狀態(tài)下的部分負(fù)荷、最優(yōu)效率和超負(fù)荷工況下的轉(zhuǎn)動部分與固定部分的相互作用關(guān)系進(jìn)行了研究［20］。洛桑水力機(jī)械試驗中心從2006年開始，該試驗臺陸續(xù)開展了水泵水輪機(jī)的“S”形特性、壓力脈動及水力激振特性研究［21］。如在2010年，Vlad等人利用高速攝影分析了水泵水輪機(jī)在空載工況活動導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪之間的流體流態(tài)的觀察（見圖1），分析了不同工況條件無葉區(qū)旋渦的產(chǎn)生及渦形態(tài)變化等，這些研究成果都具有較高的參考價值［22］。

圖1 瑞士洛桑水力機(jī)械試驗中心水泵水輪機(jī)試驗臺及高速攝像測量結(jié)果Fig.1 Pump-turbine test beds and the high-speed visualization measurements in Laboratory for hydraulic machine in Lausanne of Switzerland

2 水泵水輪機(jī)空載穩(wěn)定性分析

水輪機(jī)空載工況處于水輪機(jī)工況和水輪機(jī)制動工況的分界處。水泵水輪機(jī)一旦進(jìn)入制動區(qū)，水流對于轉(zhuǎn)輪起到阻擋的作用，流量迅速下降，轉(zhuǎn)速增加或者略有下降。如果流量進(jìn)一步減小至負(fù)值，則進(jìn)入反水泵工況，變?yōu)樗啓C(jī)旋轉(zhuǎn)方向抽水，轉(zhuǎn)速相應(yīng)增加，導(dǎo)葉開度線不可避免的形成S形，這就是水泵水輪機(jī)的S形特性區(qū)，如圖2所示［23］。

水泵水輪機(jī)的S形特性導(dǎo)葉開度線是水泵水輪機(jī)的特征線，是不可避免的［24］?！癝”形特性對機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性的影響主要表現(xiàn)在三個方面：

（1）對水輪機(jī)空載運(yùn)行產(chǎn)生影響。在導(dǎo)葉打開至空載開度時，在“S”形特性內(nèi)，將可能出現(xiàn)一個n11對應(yīng)二至三個流量，在一定的外界壓力波動的誘發(fā)下，機(jī)組轉(zhuǎn)速會隨著流量的快速變化而不斷波動，最大可能達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的10%左右，造成機(jī)組并網(wǎng)困難或者不能并網(wǎng)。

（2）“S”形特性還會對水泵水輪機(jī)帶負(fù)荷工況產(chǎn)生影響。當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)后或調(diào)相轉(zhuǎn)發(fā)電及發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相時的導(dǎo)葉開啟/關(guān)閉過程中,如果工況點(diǎn)經(jīng)過“S”形特性區(qū)域或其附近,為了維持機(jī)組與電網(wǎng)同步、機(jī)組轉(zhuǎn)速不變,機(jī)組將從系統(tǒng)吸收較大的功率。如果吸收功率超過整定值,則將導(dǎo)致機(jī)組逆功率保護(hù)動作跳機(jī)事故［25］-［26］。

（3）在甩負(fù)荷時對水錘壓力、機(jī)組轉(zhuǎn)速上升率產(chǎn)生影響。由于轉(zhuǎn)輪“S”形特性影響,在甩負(fù)荷時，對壓力鋼管中的水流將造成類似導(dǎo)葉快速關(guān)閉的效果,導(dǎo)致進(jìn)入機(jī)組的流量快速減小,從而形成壓力鋼管內(nèi)第二個水錘壓力峰值。

但“S”形特性區(qū)是否一定會出現(xiàn)水輪機(jī)工況的空載不穩(wěn)定等問題，“S”形特性是否影響水輪機(jī)的空載穩(wěn)定性等問題的核心是導(dǎo)葉開度線與機(jī)組飛逸曲線相交于何處。只有飛逸曲線與導(dǎo)葉開度線交于“S”形特性區(qū)上彎部分（dQ11/dn11＞0）時，即交于導(dǎo)葉開度線正斜率區(qū)，同時該部分又位于水輪機(jī)真機(jī)的運(yùn)行范圍時，此時在同一單位轉(zhuǎn)速下，將對應(yīng)二至三個單位流量（如圖2所示），才可能出現(xiàn)空載不穩(wěn)定等問題［27］-［28］。而當(dāng)水輪機(jī)工況飛逸線與導(dǎo)葉開度線相交于負(fù)斜率區(qū)時，機(jī)組就不會出現(xiàn)水輪機(jī)空載不穩(wěn)定等問題，如圖3所示。

圖2 不穩(wěn)定的水輪機(jī)工況n11-Q11特性Fig.2 n11-Q11 characteristics under unstable operation of turbine

圖3 穩(wěn)定的水輪機(jī)工況n11-Q11特性Fig.3 n11-Q11 characteristics under stable operation of turbine

由于水泵水輪機(jī)按照水泵工況進(jìn)行水力設(shè)計，其真機(jī)運(yùn)行范圍的單位轉(zhuǎn)速要高于水輪機(jī)工況的最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速［29］。在水力階段時，目前還難以預(yù)測其水輪機(jī)工況的空載穩(wěn)定性，空載穩(wěn)定性通常在水泵水輪機(jī)模型驗收試驗時發(fā)現(xiàn)，受施工工期和交貨工期的影響，來不及重新進(jìn)行水力設(shè)計，即使重新設(shè)計，也難以保證新設(shè)計方案不會出現(xiàn)空載穩(wěn)定性問題。目前工程上一般采用以下幾種方案解決：①調(diào)速系統(tǒng)增加水壓反饋回路；②采用進(jìn)水閥進(jìn)行截流調(diào)節(jié)；③采用非同步導(dǎo)葉（MGV，亦稱部分導(dǎo)葉預(yù)開）［30］。第三種方案應(yīng)用最多，但非同步導(dǎo)葉投入期間，會引起較大的壓力脈動、噪聲和振動等問題，增加了機(jī)組的運(yùn)行、維護(hù)成本，一定程度上也降低了機(jī)組的疲勞強(qiáng)度［31］。根據(jù)相關(guān)研究表明，導(dǎo)葉預(yù)開的角度越大，改善“S”形特性的效果越好，但轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流動的對稱性越差，轉(zhuǎn)輪所受到的徑向力和尾水管內(nèi)壓力脈動就越大，機(jī)組振動更為明顯［32］。

雖然采用非同步導(dǎo)葉（MGV）在一定程度上能夠解決空載穩(wěn)定性問題，但該種方式不應(yīng)形成一種工程“慣例”而成為水力研發(fā)技術(shù)進(jìn)步的阻礙。因此還需要從水力設(shè)計的角度重新審視“S”形特性問題，提出系統(tǒng)而有效的解決辦法來解決空載穩(wěn)定性問題。根據(jù)目前已發(fā)表的文獻(xiàn)表明，日本東芝水電、三菱水電等開發(fā)的水泵水輪機(jī)水力模型就基本上解決了在水輪機(jī)工況的空載穩(wěn)定性問題，但由于核心技術(shù)保密，國內(nèi)難以引進(jìn)。因此還需要重新審視“S”形特性問題，分析“S”形特性形成的機(jī)理，分析影響機(jī)組飛逸線與導(dǎo)葉開度線相交在正斜率區(qū)還是負(fù)斜率區(qū)的因素。正是由于對“S”形特性形成的內(nèi)流機(jī)理不清楚，導(dǎo)致水力設(shè)計沒有方向，有時設(shè)計得到的水泵水輪機(jī)在運(yùn)行范圍內(nèi)不存在空載穩(wěn)定性問題，而有時又存在嚴(yán)重水輪機(jī)工況空載穩(wěn)定性問題。

因此，需要對水泵水輪機(jī)“S”形特性以及空載穩(wěn)定性問題的內(nèi)流機(jī)理及影響參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，才能為改善水輪機(jī)工況的空載穩(wěn)定性等問題提供參考。從內(nèi)流場數(shù)值仿真和PIV內(nèi)流測量兩個方面，研究水泵水輪機(jī)的“S”形特性和空載穩(wěn)定性，分析水泵水輪機(jī)“S”形特性、空載穩(wěn)定性與內(nèi)流渦動力學(xué)的關(guān)系，為進(jìn)一步改善其空載穩(wěn)定性提供理論支持。

3 結(jié)論

通過以上分析可以得出：

（1）水泵水輪機(jī)內(nèi)部流動分析理論和數(shù)值計算方法有待完善。現(xiàn)有的湍流模型在預(yù)測水泵水輪機(jī)最優(yōu)工況附近流動時，其準(zhǔn)確性較高，但在小流量或者空載負(fù)荷時，其精度不能滿足工程實(shí)際需要，需要發(fā)展相應(yīng)的精細(xì)湍流計算模式來加以解決。

（2）對于“S”形特性和空載穩(wěn)定性形成的機(jī)理還需要進(jìn)一步研究。對于水泵水輪機(jī)全特性曲線中“S”形特性曲線形成的內(nèi)流機(jī)理還缺少系統(tǒng)有效的研究，還需要進(jìn)行更進(jìn)一步的流動測量試驗、CFD內(nèi)流場分析以及對比試驗及分析，以了解產(chǎn)生“S”形特性的流動機(jī)理。

（3）對于如何改善水輪機(jī)工況的空載穩(wěn)定性還缺少系統(tǒng)而有效的方法。當(dāng)前水泵水輪機(jī)的空載穩(wěn)定性一般是在水泵水輪機(jī)模型驗收試驗時才發(fā)現(xiàn)，受施工周期和交貨進(jìn)度等的影響，來不及重新進(jìn)行水力設(shè)計，即使進(jìn)行重新水力設(shè)計，也很難保證新設(shè)計的水力模型能夠解決“S”形特性的問題，往往采取其他工程手段來預(yù)防。但該種方式不應(yīng)形成一種工程“慣例”而成為水力研發(fā)技術(shù)進(jìn)步的阻礙。因此還需要從水力設(shè)計的角度重新審視“S”形特性問題，提出系統(tǒng)而有效的解決辦法來解決空載穩(wěn)定性問題。

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常玉紅（1972—），男，本科，高級工程師，主要研究方向：水電設(shè)備技術(shù)管理。E-mail:yuhong-chang@sgxy.sgcc.com.cn

桂中華（1976—），男，博士，高級工程師，主要研究方向：水電設(shè)備故障診斷與狀態(tài)評價。E-mail:zhonghua-gui@sgxy.sgcc.com.cn

Status Analysis of the Study on the Stability of Pumped Storage Unit with No-load

CHANG Yuhong,GUI Zhonghua,LU Weifu,FAN Longnan
(1.State grid xinyuan company Ltd.,Beijing,100761,China; 2.Technology center of state grid xinyuan company Ltd,beijing,100161,China; 3.Jilin Dunhua pumped storage power,Jilin Dunhua,133700,China)

Instability of the pump-turbine with no-load will make the grid-connected units difficult,and even cause the damage of the units parts and the interruption of the operation of the units,which influence the security of the production and the operation of the power plant and the grid.The stability of the pump-turbine with no-load has become one of the key problems to be solved currently.The research accomplishments of the stability of the pump-turbine with no-load are overviewed by numerical simulation and model experiment in the paper.It is identified that the “S”performance and the stability of the no-load performance of the pump-turbine should be studied,and the relationship among the “S”performance,the stability of the no-load performance and the inflow vorticity dynamics of the pump-turbine should be analyzed by inflow numerical simulation and PIV inflow measurement.The achievements provide the theoretical guidance for the design of pump-turbine and are benefit for the improvement of the stability of the noload performance.

pump-turbine;no-load;“S”performance

TV737

A 學(xué)科代碼：570.2510

10.3969/j.issn.2096-093X.2016.05.011