抽水蓄能机组空载稳定性研究现状分析

常玉红，桂中华，卢伟甫，范龙楠

（1.国网新源控股有限公司，北京市 100761；2.国网新源控股有限公司技术中心，北京市 100161；3.吉林敦化抽水蓄能有限公司，吉林敦化 133700）

抽水蓄能机组空载稳定性研究现状分析

常玉红1，桂中华2，卢伟甫2，范龙楠3

（1.国网新源控股有限公司，北京市 100761；2.国网新源控股有限公司技术中心，北京市 100161；3.吉林敦化抽水蓄能有限公司，吉林敦化 133700）

水泵水轮机的空载不稳定使得机组并网困难，严重的还会导致机组部件的损坏、机组运行中断，影响到电厂和电网的生产和运行安全，水泵水轮机空载稳定性问题已成为当前需要解决的关键性问题之一。从数值模拟和模型试验两个方面综述了改善水泵水轮机空载稳定性方面的研究成果。指出应从内流场数值仿真和PIV内流测量两个方面，研究水泵水轮机的“S”形特性和空载稳定性，分析水泵水轮机“S”形特性、空载稳定性与内流涡动力学的关系，为水泵水轮机水力设计提供方向性的指导，改善其空载稳定性。

水泵水轮机；空载；“S”形特性

0 引言

抽水蓄能机组在电力系统中担任调峰、调频、调相、事故备用和吸收多余电能等任务方面功效显著，对电力系统的稳定运行不可或缺。国内外水泵水轮机组在运行中碰到问题较多，在S特性区内运行不稳定现象特别突出，如我国的天荒坪、宝泉等电站，国外法国蒙特齐克电站、印度比拉电站以及比利时时库电站都曾出现过空载不稳定问题［1］。水泵水轮机的空载不稳定会出现在水轮机工况、水轮机制动工况甚至反水泵工况之间来回转换使得机组并网困难或甩负荷后不能达到空载稳定以至跳机，影响机组的启动，严重的还会导致机组部件的损坏、机组运行中断，影响到电厂和电网的生产和运行安全。目前许多抽水蓄能电站利用在真机上加装异步导叶装置来改变不稳定的S特性，但这又导致机组的振动增大等新问题的出现。随着蓄能电站建设的发展，人们迫切希望不再采用异步导叶来改善空载稳定性。水泵水轮机空载稳定性问题已成为当前需要解决的关键性问题之一［2］，近年来人们针对水泵水轮机空载稳定性问题开展了大量的数值计算和模型测试方面的研究。

1 水泵水轮机空载稳定性研究

1.1 水泵水轮机内流场值数值计算研究进展

从20世纪80年代开始，基于三维CFD的数值模拟手段就已经应用于水轮机及水泵内部的定常流场分析，其主要是服务于水轮机及水泵的水力设计，CFD计算结果主要用于评价水力设计的水力效率及空化性能［3］。随着计算流体动力学（CFD）的发展，数值模拟手段近几年被广泛用于水力机械的水力稳定性和水力振动分析。特别是在水轮机领域，研究已取得较大进展。清华大学、西安理工大学、昆明理工大学和武汉大学等单位在水轮机尾水管涡带、间隙流动及流固耦合方面，提供了可供水泵水轮机研究借鉴的方法和思路［4］-［5］。但是水泵水轮机的稳定性与普通大型的混流式水轮机稳定性有所区别，对于大型水轮机来说，更为关心的是水轮机在部分负荷工况下的压力脉动特性及其产生的水力振动问题，而水泵水轮机更为关心的是在工况转换过程中的水力稳定性及水力振动问题，特别是水轮机工况空载不稳定，影响了水泵水轮机的启动成功率，严重的不稳定还可能造成水泵水轮机部件的损坏。

在水泵水轮机领域，从20世纪80年代开始，就已经有学者将三维CFD的数值模拟手段应用于水泵水轮机内流场的分析。目前研究较多有不同湍流模型对于水泵水轮机内流场计算的适用性、不同工况下水泵水轮机内流场特性等问题，当前国内的研究主要集中在这方面。对于水泵水轮机内流场测试、机组运行稳定性、水力振动等方面，与水泵水轮机技术较为先进的日本和欧洲等国家相比，研究相对较少。对于水泵水轮机内部流动模拟，一般来说可以分成如下两大类。

第一类是水泵水轮机常规内流场的数值模拟。这种工作主要是研究水泵水轮机在不同工况的水力性能，重点在于湍流计算方法。如有部分学者尝试使用不同的湍流模式对水泵水轮机不同工况进行计算后发现，在水泵水轮机流场计算中，基于k–ω湍流模型的雷诺时均方法（RANS），不仅具有较高的计算精度，还具有很高的计算效率，因此推荐将该方法用于水泵水轮机非定常流动分析［6］；也有部分学者指出RNGk–ε湍流模型对小流量工况水泵水轮机内部流态的模拟更准确［7］。另一方面，一部分学者认为，大涡模拟方法（LES）在分析水泵水轮机非定常内部流动时，因其直接求解瞬态N-S方程，较之RANS方法具有优势。但LES也存在两个主要问题：一是在求解水泵水轮机这种叶片扭曲度较大的叶轮通道时，因Smagorinsky 亚格子尺度应力（SGS）模型不能充分反映叶片扭曲及旋转带来的剪切力各向异性的特性，因此需要发展高阶动态SGS模型；二是LES在近壁区要求有非常细密的计算网络，从而也相应地要求很小的时间积分步长，这样计算量急剧增大［8］。而在求解非定常内流场时，近壁区的流动又常是关注的重点，为此，有必要对LES做某种形式上的改进，以使其适用于近壁区的低雷诺数流动。实际上，计算流体动力学在不断发展，近几年出现的URANS（Unsteady RANS，非稳态雷诺时均法）为解决这一问题提供了较好的解决方案［9］。URANS改变了雷诺平均等同于时间平均的概念，近几年在其他流体工程领域得到重视，并开始出现了将LES方法与URANS方法耦合求解核心区流动和近壁区流动的新模式，这为获得高精度的非稳定场解析提供了一种新的途径。

第二类是研究水泵水轮机不同工况下内流场流动特性及稳定性问题。2006年Sickm通过利用雷诺应力紊流模型对非稳态水泵水轮机内流场进行了计算，研究下部分负荷条件下，水泵水轮机尾水管的非稳定流态以及对转轮轴振动特性的影响，并与试验的数据进行了对比［10］；2007年日本学者研究了长短叶片形式在水泵水轮机的应用，指出长短叶片形式能够改善部分负荷运行时的压力脉动和水轮机进口处的空化特性［11］；2008年武汉大学钱忠东等人利用CFD对非同步导叶下对于水泵水轮机的压力脉动进行了分析，主要针对非同步导叶对于尾水管、无叶区以及蜗壳及导水机构中压力脉动影响进行研究［12］；2011年冉红娟等人针对可逆式水轮机泵工况下驼峰现象进行了数值模拟，研究了低压边的流态、进口漩涡等对于水泵水轮机的驼峰现象的影响［13］。同时还有很多研究机构及学者对“S”形的形成也进行了内流流动的分析，正如部分学者指出，水泵水轮机在制动区内的不稳定流动特性，叶片和活动导叶的进口以及固定导叶和活动导叶之间的回流涡的产生，是水泵水轮机“S”形特性形成的主要原因［14］；同时也有研究人员指出产生于叶片进口的横向漩涡，即在转轮进口域附近形成完整的和弯曲的环状流动是形成“S”形的原因［15］。同时还有大量的研究者从抽水系统方面，研究了“S”形特性对于机组过渡过程稳定性的影响，如清华大学陈乃祥等人针对水泵水轮机转轮全特性与蓄能电站过渡过程的相关性进行了分析，也指出在设计过程中适当调整导叶相对高度等参数，改变特性曲线形状，减缓开度线变化斜率，可优化过渡过程［16］；武汉大学杨建东等人也针对水泵水轮机“S”形特性对于抽水蓄能机组过渡过程稳定性的影响进行了数值仿真、模型测试以及现场试验等工作，如利用优化策略等方法改进水泵水轮机过渡过程的稳定性问题［17］。

数值仿真近年来已经成为研究水泵水轮机水力性能、水力稳定性等问题的最主要的手段之一，目前的研究还是主要集中利用RANS方法对水泵水轮机内流场进行分析，RANS方法对于水轮机在额定工况、最优工况附近其计算精度较高，对于小流量甚至是空载流量下，由于其内流流动非常复杂，基于RANS方法的数值仿真精度较差，难以反映该种工况下水泵水轮机的真实流动情况。

1.2 水泵水轮机模型试验及内流场PIV测试研究进展

模型实验是获取水力机械稳定性研究的主要途径，在水泵水轮机领域得到较广泛应用。早在2001年陈德新等人就通过对水泵水轮机转轮流道中压力分布的测量和流动可视化与图像处理技术,获得了“S”形特性区转轮内的压力分布曲线与转轮叶片翼间流动图像、速度矢量图［18］；2005年，王玲花等人利用PIV流场测试技术，对低比速混流式模型水泵水轮机转轮在水轮机工况下进行了可视化研究，结果表明水泵水轮机模型在设计工况下转轮区的流态较好；在非设计工况下，不管正冲角还是负冲角，翼间流场都会有一定的脱流与旋涡存在；尤其在大流量工况下，在叶片正面形成大范围的脱流漩涡，但由于漩涡位置几乎不变，机组运行比较稳定；在小流量工况下，叶片背面存在着周期性的脱流漩涡，漩涡叶片进口逐渐变化到叶片流道出口，易形成周期性较大的压力脉动，导致机组运行不稳定［19］。目前，国内的水泵水轮机模型试验台主要有水科院水力机械测试试验台，以及东方电机及哈尔滨电机的水力机械测试试验台，三个试验台主要用于水轮机及水泵水轮机的模型验收试验，针对水泵水轮机开展的研究还比较少。在国外，目前开展水泵水轮机水力稳定性及水力激振研究的试验台主要集中在欧洲的水力机械试验台，如法国阿尔斯通水力机械试验台和瑞士的洛桑水力机械试验中心。法国国立格勒诺布尔理工学院（Institute National Polytechnic de Grenoble）Gabriel Dan CIOCAN等人于2006年利用LDV（激光多普勒测速仪）和不稳定全压探针设备对水泵水轮机导叶至转轮之间的流态及压力脉动进行了测量，对水泵和水轮机两个状态下的部分负荷、最优效率和超负荷工况下的转动部分与固定部分的相互作用关系进行了研究［20］。洛桑水力机械试验中心从2006年开始，该试验台陆续开展了水泵水轮机的“S”形特性、压力脉动及水力激振特性研究［21］。如在2010年，Vlad等人利用高速摄影分析了水泵水轮机在空载工况活动导叶与转轮之间的流体流态的观察（见图1），分析了不同工况条件无叶区旋涡的产生及涡形态变化等，这些研究成果都具有较高的参考价值［22］。

图1 瑞士洛桑水力机械试验中心水泵水轮机试验台及高速摄像测量结果Fig.1 Pump-turbine test beds and the high-speed visualization measurements in Laboratory for hydraulic machine in Lausanne of Switzerland

2 水泵水轮机空载稳定性分析

水轮机空载工况处于水轮机工况和水轮机制动工况的分界处。水泵水轮机一旦进入制动区，水流对于转轮起到阻挡的作用，流量迅速下降，转速增加或者略有下降。如果流量进一步减小至负值，则进入反水泵工况，变为水轮机旋转方向抽水，转速相应增加，导叶开度线不可避免的形成S形，这就是水泵水轮机的S形特性区，如图2所示［23］。

水泵水轮机的S形特性导叶开度线是水泵水轮机的特征线，是不可避免的［24］。“S”形特性对机组运行稳定性的影响主要表现在三个方面：

（1）对水轮机空载运行产生影响。在导叶打开至空载开度时，在“S”形特性内，将可能出现一个n11对应二至三个流量，在一定的外界压力波动的诱发下，机组转速会随着流量的快速变化而不断波动，最大可能达到额定转速的10%左右，造成机组并网困难或者不能并网。

（2）“S”形特性还会对水泵水轮机带负荷工况产生影响。当机组并网后或调相转发电及发电转调相时的导叶开启/关闭过程中,如果工况点经过“S”形特性区域或其附近,为了维持机组与电网同步、机组转速不变,机组将从系统吸收较大的功率。如果吸收功率超过整定值,则将导致机组逆功率保护动作跳机事故［25］-［26］。

（3）在甩负荷时对水锤压力、机组转速上升率产生影响。由于转轮“S”形特性影响,在甩负荷时，对压力钢管中的水流将造成类似导叶快速关闭的效果,导致进入机组的流量快速减小,从而形成压力钢管内第二个水锤压力峰值。

但“S”形特性区是否一定会出现水轮机工况的空载不稳定等问题，“S”形特性是否影响水轮机的空载稳定性等问题的核心是导叶开度线与机组飞逸曲线相交于何处。只有飞逸曲线与导叶开度线交于“S”形特性区上弯部分（dQ11/dn11＞0）时，即交于导叶开度线正斜率区，同时该部分又位于水轮机真机的运行范围时，此时在同一单位转速下，将对应二至三个单位流量（如图2所示），才可能出现空载不稳定等问题［27］-［28］。而当水轮机工况飞逸线与导叶开度线相交于负斜率区时，机组就不会出现水轮机空载不稳定等问题，如图3所示。

图2 不稳定的水轮机工况n11-Q11特性Fig.2 n11-Q11 characteristics under unstable operation of turbine

图3 稳定的水轮机工况n11-Q11特性Fig.3 n11-Q11 characteristics under stable operation of turbine

由于水泵水轮机按照水泵工况进行水力设计，其真机运行范围的单位转速要高于水轮机工况的最优单位转速［29］。在水力阶段时，目前还难以预测其水轮机工况的空载稳定性，空载稳定性通常在水泵水轮机模型验收试验时发现，受施工工期和交货工期的影响，来不及重新进行水力设计，即使重新设计，也难以保证新设计方案不会出现空载稳定性问题。目前工程上一般采用以下几种方案解决：①调速系统增加水压反馈回路；②采用进水阀进行截流调节；③采用非同步导叶（MGV，亦称部分导叶预开）［30］。第三种方案应用最多，但非同步导叶投入期间，会引起较大的压力脉动、噪声和振动等问题，增加了机组的运行、维护成本，一定程度上也降低了机组的疲劳强度［31］。根据相关研究表明，导叶预开的角度越大，改善“S”形特性的效果越好，但转轮内部流动的对称性越差，转轮所受到的径向力和尾水管内压力脉动就越大，机组振动更为明显［32］。

虽然采用非同步导叶（MGV）在一定程度上能够解决空载稳定性问题，但该种方式不应形成一种工程“惯例”而成为水力研发技术进步的阻碍。因此还需要从水力设计的角度重新审视“S”形特性问题，提出系统而有效的解决办法来解决空载稳定性问题。根据目前已发表的文献表明，日本东芝水电、三菱水电等开发的水泵水轮机水力模型就基本上解决了在水轮机工况的空载稳定性问题，但由于核心技术保密，国内难以引进。因此还需要重新审视“S”形特性问题，分析“S”形特性形成的机理，分析影响机组飞逸线与导叶开度线相交在正斜率区还是负斜率区的因素。正是由于对“S”形特性形成的内流机理不清楚，导致水力设计没有方向，有时设计得到的水泵水轮机在运行范围内不存在空载稳定性问题，而有时又存在严重水轮机工况空载稳定性问题。

因此，需要对水泵水轮机“S”形特性以及空载稳定性问题的内流机理及影响参数进行详细的分析，才能为改善水轮机工况的空载稳定性等问题提供参考。从内流场数值仿真和PIV内流测量两个方面，研究水泵水轮机的“S”形特性和空载稳定性，分析水泵水轮机“S”形特性、空载稳定性与内流涡动力学的关系，为进一步改善其空载稳定性提供理论支持。

3 结论

通过以上分析可以得出：

（1）水泵水轮机内部流动分析理论和数值计算方法有待完善。现有的湍流模型在预测水泵水轮机最优工况附近流动时，其准确性较高，但在小流量或者空载负荷时，其精度不能满足工程实际需要，需要发展相应的精细湍流计算模式来加以解决。

（2）对于“S”形特性和空载稳定性形成的机理还需要进一步研究。对于水泵水轮机全特性曲线中“S”形特性曲线形成的内流机理还缺少系统有效的研究，还需要进行更进一步的流动测量试验、CFD内流场分析以及对比试验及分析，以了解产生“S”形特性的流动机理。

（3）对于如何改善水轮机工况的空载稳定性还缺少系统而有效的方法。当前水泵水轮机的空载稳定性一般是在水泵水轮机模型验收试验时才发现，受施工周期和交货进度等的影响，来不及重新进行水力设计，即使进行重新水力设计，也很难保证新设计的水力模型能够解决“S”形特性的问题，往往采取其他工程手段来预防。但该种方式不应形成一种工程“惯例”而成为水力研发技术进步的阻碍。因此还需要从水力设计的角度重新审视“S”形特性问题，提出系统而有效的解决办法来解决空载稳定性问题。

［1］HASMATUCHI V,ROTH S.High-Speed Flow Visualization in a Pump-turbine under Off-design Operating Conditions［C］.IOP Conference Series:Earth and Environmental Science,12(1),2010.

［2］MEIER L.Hydro pump Storage Machines:the importance of the product today for Power Control and other Ancillary Services［C］.Hydrovision,charlotte,2010.

［3］张乐福，陈元林，张亮.锦屏二级电站模型水轮机水力优化设计［J］.大电机技术，2008，3：21-26.ZHANG Lefu,CHEN Yuanlin,ZHANG Liang.Optimization of hydraulic parameters for model turbine of jinping power stationⅡ［J］.Large Electric Machine and Hydraulic Turbine,2008,3:21-26.

［4］廖伟丽，徐斌，逯鹏，等.部分负荷下混流式水轮机转轮叶片变形对流场的影响［J］.机械工程学报，2006，42（6）：55-59.LIAO Weili,XU Bin,LU Peng,etc.Influence of runner blade deformation on fluid field of francis turbine under part load［J］.Chinese Journal of Mechanical Engineering，2006，42(6):55-59.

［5］刘树红，邵杰，吴墒锋，等.轴流转桨式水轮机压力脉动数值预测［J］.中国科学，2009，39（4）：626-634.LIU Shuhong，Shao Jie，Wu Shangfeng，etc.Numerical prediction of pressure fluctuation of axial-flow adjustableblade water turbine［J］.Science China,2009,39(4):626-634.

［6］BRAUN O,KUENY J L,AVELLAN F.Numerical Analysis of Flow phenomena related to the unstable energy-discharge characteristic of a pump-turbine in pump mode［C］.ASME 2005 Fluid Engineering division Summer Meeting(FEDSM2005) June 19-23，Houston，Texas，USA,2005.

［7］ALIRAZA Z,JEAN-Louis K,MOHAMED F，FRANCOIS A.Pump-turbine rotor-stator interactions in generating mode:Pressure Fluctuation indistributor Channel［C］.23rd IAHR Symposium october 17-21,Yokohama,Japan,2006.

［8］Yamade Y,KATO C,SHIMIZU H,Nagahara T.Large eddy simulation of internal flow of a Francis pump turbine［C］.Proceedings of the ASME Fluids Engineering Division Summer Conference 2009,FEDSM2009,407-416.

［9］BENIM A C,NAHAVANDI A,Syed K J.URANS and LES analysis of turbulent swirling flows［C］.Progress in Computational Fluid Dynamics,2005,5(8):444-454.

［10］SICK M,DORFLER P.Inestigation of the Draft Tube Vortex in a pump-turbine［C］.Proceedings of 22nd IAHR,Symposium on Hydraulic machinery and Systems,June 29to July 2,2006,Stockholm，Sweden.

［11］Kazumasa KUBOTA.超高水头大容量水泵水轮机应用长短叶片转轮的优势［J］.冉红娟，译.国外大电机，2007，23（2）：55-58.KAZUMASA KUBOTA.A study superiority of runner with long and short blade application for super high head largecapacity pump turbine［J］.Guowai Dadianji,2007,23(2):55-58.

［12］钱忠东，郑彪.不同步导叶对水轮机压力脉动的影响［J］.武汉大学学报，2008，41（6）：51-54.QIAN Zhongdong,ZHENG Biao.Influence of misaligned guide vanes on pressure pulsation in Francis hydraulic turbines［J］.Engineering Journal of Wuhan University，2008,41(6):51-54.

［13］冉红娟，张瑶，罗先武，等.可逆式水轮机泵工况下驼峰现象的数值模拟［J］.水力发电学报，2011（03）：175-179.RAN Hongjuan,ZHANG Yao,LUO Xianwu,etc.Numerical simulation of the positive-slope performance curve of a reversible hydro-turbine in pumping mode［J］.urnal of Hydroelectric Engineering，2011(03):175-179.

［14］张兰金，王正伟，常近时.混流式水泵水轮机全特性曲线S形区流动特性［J］.农业机械学报，2011，42（1）：42-44.ZHANG Lanjin,WANG Zhengwei,CHANG Jinshi.Flow of pump-turbine on S-shaped region of complete characteristics［J］.Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2011,42(1):42-44.

［15］纪兴英，赖旭.低比转速水泵水轮机“S”区特性数值模拟［J］.水动力学研究与进展，2011，26（3）：318-325.JI Xingying,LAI Xu.Numerical simulation of the S-shaped characteristics of the pump-turbine［J］.Chinese Journal of Hydrodynamics,2011,26(3):318-325.

［16］杨琳，陈乃祥.水泵水轮机全流道双向流动三维数值模拟与性能预估［J］.工程力学，2006，23（5）：157-162.YANG Lin，CHEN Naixiang.3-D TWO-way Numerical Simulation and Performance Estimation on The Whole Flow Passage of The Reversible Pump-turbine Runner［J］.Engineering Mechanics,2006,23(5):157-162.

［17］程永光，陈鉴治，杨建东.水电站调压球阀与导叶联动的关闭规律研究［J］.水电能源科学，2011，29（12）：128-131.CHENG Yongguang,CHEN Jianzhi,YANG Jiandong.Study on the closing law about voltage regulation ball valve and guide vane linkage in hydropower station［J］.Water Resources and Power,2011,29(12):128-131.

［18］陈德新，谢辉.低比速水泵水轮机“S”特性区的内部流动［J］.水利学报，2001，32（2）：76-78.CHEN Dexin，XIE Hui.The flow patterns of low specific speed pump-turbine in S-shape characteristic region［J］.Journal of Hydraulic Engineering,2001,32(2):76-78.

［19］王玲花，高传昌，陈德新.水泵水轮机可视化研究［J］.水力发电，2005，31（7）：61-63.WANG Linghua,GAO Chuanchang,CHEN Dexin.Flow visualization study on hydraulic pump-turbine［J］.Water Power,2005,31(7):61-63.

［20］Hasmatuchi V,Farhat M.Experimental Investigation of a Pump-Turbine at Off-Design Operation Conditions［C］.Proceedings of the 3rd International Meeting of the Workgroup on Cavitation and Dynamic Problems in Hydraulic Machinery and Systems,Brno,Czech Republic,2009.

［21］GABRIEL D,Jean L.Experimental analysis of rotor-stator interaction in pump turbine［C］.25th IAHR Symposium on Hydraulic Machinery and Systems,Timisoara,Romania,20-24 September,2010.

［22］HASMATUCHI V,Roth S.High-Speed Flow Visualization in a Pump-turbine under Off-Design Operating Conditions［C］.IOP Conference Series:Earth and Environmental Science,12(1),2010.

［23］HASMATUCHI V.Hydrodynamics of a Pump-Turbine at off-Design Operating Conditions in Generating Mode［C］.Design,Operation and Monitoring of Pumped Storage Power Plant,Bern,August 25th,2011.

［24］HASMATUCHI Vm Farhat M.Experimental Evidence of rotation stall in a pump-turbine at off-design conditions in generation mod［J］.Journal of Fluids Engineering,Transactions of the ASME,133(5),2011.

［25］WIDMER C,Staubli T.Unstable Pump-Turbine Characteristics and their Interaction with Hydraulic Systems［C］.

［26］BILLDAL J T，Wedmark A.Recent experiences with single reversible pump-turbines in GE Energy's hydro business［C］.Hydro 2007，Granada.

［27］TANI K，OKUMURA H.Performance improvement of pump-turbine for large capacity pumped storage plant in UAS［C］.Hitachi Rev，2009，58:198-202.

［28］MARTIN C S.Effect of pump-Turbines Characteristics near Runaway on Instability［C］.JSME Centennial International Conference on Fluid Engineering，Tokyo，Japan，1997.

［29］MARTIN C S Instability of Pump-Turbines with S-Shaped-Characteristics［C］.Proceedings of 20th IAHR Symposium on Hydraulic Machinery and Systems，Charlotte，USA，2000.

［30］游光华，孔令华，陈德有.天荒坪抽水蓄能电站水泵水轮机“S”形特性及其对策［J］.水力发电学报，2006，25(6):136-139.YOU Guanghua,KONG Linghua,CHEN Deyou.Pumpturbine S zone & its effect at Tianhuangping pumped storage power plant［J］.Journal of Hydroelectric Engineering,2006,25(6):136-139.

［31］游光华，刘德友，王丰，等.天荒坪抽水蓄能电站帅负荷过渡过程实测成果仿真分析［J］.水电能源科学，2005，12(1):24-27.YOU Guanghua,LIU Deyou,WANG Feng,etc.Measurement and simulation of load rejection transients at tianhuangping pump-storaged power plant［J］.Hydroelectric Energy,2005,12(1):24-27.

［32］李海波.预开导叶法（MGV）在抽水蓄能电站的应用［J］.水电站机电技术，2008，31（1）：15-18.LI Haibo.Application of MGV in pumped storage power plant［J］.Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station,2008,31(1):15-18.

［33］李璟延.抽水蓄能电站保安电源配置分析［J］.水电与抽水蓄能，2016，2（1）：97-102.LI Jingyan.The Design and Analysis on the Emergency Power Supply Configuration of Pumped Storage Power Plant［J］.Hydropower and Pumped Storage,2016,2(1):97-102.

［34］邓磊，周东岳，周攀.关于抽水蓄能机组机械设备问题的研究与思考［J］.水电与抽水蓄能，2015，1（3）：48-51.DENG Lei,ZHOU Dongyue,ZHOU Pan.Research &Thinking on Mechanical Equipment Problems of Pumped Storage Units［J］.Hydropower and Pumped Storage,2015,1(3):48-51.

常玉红（1972—），男，本科，高级工程师，主要研究方向：水电设备技术管理。E-mail:yuhong-chang@sgxy.sgcc.com.cn

桂中华（1976—），男，博士，高级工程师，主要研究方向：水电设备故障诊断与状态评价。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 学科代码：570.2510

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