《抽水蓄能电站水力过渡过程计算分析导则》

ICS号

中国标准文献分类号

中国电力企业联合会标准

T/CECXXXX-XXXX

抽水蓄能电站水力过渡过程

计算分析导则

CalculationandAnalysisGuideforHydraulicTransientofPumped

StoragePowerStations

（征求意见讨论稿）

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

中国电力企业联合会发布

目次

1范围...................................................................................................................................................3

2规范性引用文件...............................................................................................................................3

3术语和定义.......................................................................................................................................3

4基本规定...........................................................................................................................................4

5计算控制值.......................................................................................................................................5

6计算工况...........................................................................................................................................6

7计算与分析.......................................................................................................................................6

8调节保证设计值选取.......................................................................................................................7

附录A：........................................................................................................................................................8

水力过渡过程大波动计算典型工况选择参考表（一洞两机布置）...................................................8

附录B......................................................................................................................................................10

水力过渡过程小波动计算工况选择参考表.........................................................................................10

附录C......................................................................................................................................................11

水力过渡过程水力干扰计算工况选择参考表（一洞两机布置）.....................................................11

I

II

抽水蓄能电站水力过渡过程计算分析导则

1范围

本标准规定了抽水蓄能电站（以下简称蓄能电站）水力过渡过程的计算控制值、计算工

况、计算与分析和设计值的选取等应遵循的一般原则。

本标准适用于新建、改建和扩建的抽水蓄能电站。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适

用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有修改单）适用于本文件。

GB/T20834发电电动机基本技术条件

NB/T35021水电站调压室设计规范

NB/T35056水电站压力钢管设计规范

NB/T35080水电站气垫式调压室设计规范

3术语和定义

下列术语和定义适用于本标准。

3.1

水力过渡过程hydraulictransientofhydropowerstation

抽水/发电输水系统从某一稳定运行状态转换到另一稳定运行状态随时间变化的暂态过

程。

3.2

调节保证设计regulationguaranteedesign

结合水电站安全运行基本要求，以工程的技术经济合理为目标，通过水力过渡过程计算

与分析研究，提出并确定输水发电系统水力过渡过程控制性参数及相应的机组运行条件。

3.3

水力过渡过程计算控制值hydraulictransientcalculationcontrolvalues

根据机组在电网中的作用，结合工程布置特点和类似工程实践，在计算之前确定的水力

过渡过程计算限制性参数，简称计算控制值。

3.4

水力过渡过程计算值hydraulictransientcalculationvalues

由计算得出的输水发电系统水力过渡过程参数值，简称计算值。

3

3.5

水力过渡过程设计值regulationguaranteedesignvalues

依据选定工况的水力过渡过程计算值，进行修正后确定的设计参数，并应满足的水力过

渡过程限制性参数，简称设计值。

3.6

水力过渡过程计算工况operatingconditionofcalculation

由输水系统水力过渡过程前的初始边界条件、扰动和（或）机组运行操作方式构成，应

根据水电站输水发电系统布置、机组型式和参数、主接线型式、电站接入电力系统方式等拟

定，简称计算工况。

3.7

小波动smallfluctuation

机组突增或突减不超过10%额定负荷时引起的输水系统水力过渡过程。

3.8

大波动largefluctuation

机组增减超过10%负荷或突甩全部负荷及其组合时引起的输水系统水力过渡过程。

3.9

水力干扰hydraulicdisturbance

同一输水单元中部分机组增减负荷或突甩全部负荷，或机组相继增减全部负荷时引起的

输水系统水力过渡过程。

4基本规定

4.1水力过渡过程计算应遵循确保安全、经济合理的原则。

4.2预可行性研究阶段，应根据初步拟定的机组参数和输水建筑物参数等，针对大波动工况

提出水电站调节保证设计初步成果，并对小波动调节品质作初步评估。

4.3可行性研究阶段，应首先结合输水发电系统水力过渡过程计算成果，对机组参数、输水

系统布置及各个建筑物体型、尺寸等进行技术经济比选与优化。根据选定的机组参数、输水

建筑物参数、主接线型式及接入系统方式等提出调节保证设计值及相应的电站运行操作规则，

并评价其运行稳定性。

4.4招标与施工详图阶段，应根据确定的输水系统参数和水轮发电机组特性复核调节保证设

计成果。

4.5电站建设调试阶段，应配合真机甩负荷试验进行水力过渡过程计算。

4.6输水发电系统管径、长度、机组转动惯量、机组特性等重要参数有变化时，应对水力过

渡过程计算成果进行复核。

4.7进水阀不宜参与输水发电系统水力过渡过程调节。

4

4.8在取得蓄能电站采用的水泵水轮机模型特性曲线前，水力过渡过程宜采用导叶直线关闭

规律进行计算。

5计算控制值

5.1大波动计算控制值

5.1.1机组甩负荷的蜗壳最大压力升高率计算控制值宜小于30%，大于30%应做技术经济比

选。蜗壳压力上升率的基准值规定为上游正常蓄水位与机组安装高程之差。

5.1.2机组甩负荷时，尾水管内的最小压力计算控制值应满足下列要求：在2%～3.5%净水头

的压力脉动、5%～10%压力下降的计算误差和海拔高程修正的情况下，尾水管最小压力不宜

小于-0.08MPa。

5.1.3机组甩负荷导叶正常关闭时，最大转速升高率计算控制值宜小于45%。

5.1.4输水系统建筑物过渡过程计算控制值应满足下列要求：

a)有压输水系统全线各断面最高点处的最小压力不应小于0.02MPa。

b)调压室最高涌波水位以上的安全超高不宜小于1.0m。调压室最低涌波水位与调压室

处压力水道顶部之间的安全高度不应小于2.0m，调压室底板应留有不小于1.0m的安

全水深。

c)气垫式调压室的安全水深不应小于1.5m。

5.2小波动计算控制值

5.2.1小波动过渡过程宜按无调压室和有调压室的情况进行调节品质评价，评价标准宜满足下

列要求：

a)对无调压室水电站，有压管道系统Tw值不宜大于4s，进入允许频率变化带宽的调节

时间不宜大于24Tw、衰减度宜大于80％、超调量宜小于10％、振荡次数不大于2

次。允许频率变化带宽应根据电站的运行方式确定。

b)对有调压室水电站，机组频率的变化过程分为主波和尾波，主波应满足无调压室的

评价标准要求，尾波进入允许频率变化带宽的调节时间不宜大于调压室水位波动周

期的一半。

5.2.2小波动过渡过程计算宜按单机孤网运行模式进行。

5.3水力干扰计算控制值

水力干扰过渡过程主要评价指标应包括功率摆动幅值及过载持续时间。功率摆动主要表

现为电流随时间的变化，定子过电流倍数与相应的允许过载时间应满足GB/T20834《发电电

动机基本技术条件》的规定，且达到允许过载时间的对应次数平均每年不应超过2次。

5

6计算工况

6.1大波动过渡过程计算工况应根据蓄能电站输水发电系统布置、电气主接线的连接方式等

条件确定，大波动过渡过程计算工况宜参照附录A选取。

6.2小波动过渡过程计算工况宜参照附录B选取。

6.3同一水力单元有多台机组时应进行水力干扰过渡过程计算，工况选择宜参照附录C选取。

7计算与分析

7.1基本资料

水力过渡过程计算前，应准备以下基本资料：

a）工程概况，宜包括工程简要介绍、枢纽布置、工程规模及主要特点；蓄能电站在电力

系统中所占规模及在系统中的作用与地位。

b）水位参数，宜包括上、下水库的校核洪水位、设计洪水位、正常蓄水位、死水位。

c）水头参数，宜包括最大水头、额定水头和最小水头。

d）输水系统资料，宜包括输水系统的平面布置图、沿管线纵剖面图，以及水道的断面型

式、尺寸等参数；隧洞和管道的衬砌方式、材料及糙率系数；进/出水口、引水隧洞、岔管、

压力钢管、渐变段、转弯段、尾水隧洞等体型参数及局部水头损失系数；调压室结构图，闸

门井及通气孔的结构尺寸及水头损失系数等。

e）机组参数，宜包括机组单机容量、转动惯量、额定转速、机组安装高程；水轮机工况

额定功率、额定流量、额定效率；水泵工况最大最小扬程、流量、入力、效率；水泵水轮机

转轮进口直径、出口直径；水泵水轮机蜗壳和尾水管的单线图，导叶高度等。

f）机组特性曲线宜包括水泵水轮机全特性曲线、飞逸特性曲线、模型综合特性曲线；水

泵水轮机接力器行程和导叶开度的关系曲线。

g）电气资料宜包括水电站的电气主接线的连接方式，电网自调节能力，发电机相关参数

等。

7.2计算分析

7.2.1过渡过程计算应根据工程经验，进行导叶关闭规律优化分析。在可行性研究阶段，水轮

机工况宜采用一段关闭规律。

7.2.2应对机组GD2进行敏感性分析计算。

7.2.3应对调压井、闸门井孔口尺寸进行敏感性分析。

7.3计算成果

7.3.1大波动过渡过程计算成果应包括以下主要参数（不限于）：

a）推荐的导叶关闭规律；

b）推荐的机组转动惯量；

6

c）机组蜗壳进口的最大、最小内水压力；

d）尾水管进口断面的最大、最小内水压力；

e）尾水管出口断面最大内水压力；

f）上游压力引水道沿管线最大、最小内水压力，下游尾水道沿管线最大、最小内水压力、

压力管道上弯段最小内水压力；

g）机组最大转速上升率；

h）调压室最高、最低涌波水位及底板向下、向上最大压差；

i）上、下游闸门井最高、最低涌波水位；

j）对应控制工况的压力、转速变化曲线。

7.3.2小波动计算成果应包括以下主要参数：

a）推荐的调速器参数；

b）调压室（若设）水位波动变化曲线，机组转速变化曲线，以及转速进入电网频率波动

带宽的调节时间、最大转速偏差、转速的衰减度、转速的超调量、振荡次数等指标；

c）根据等相关标准文件，判断整个引水发电系统的小波动调节品质，给出明确的结论和

建议。

7.3.3水力干扰计算成果应明确给出被干扰机组出力变化过程，以及出力振荡最大、最小幅

值以及持续时间，并应根据《水轮发电机基本技术条件》（GB/T7894）等规范和机组招标技术

合同等相关文件，判断机组的水力干扰的安全稳定性，给出明确的结论建议。

8调节保证设计值选取

8.1调节保证设计值，应根据工程特点，并参考类似工程经验，对计算值进行修正后确定。

8.2机组蜗壳进口最大压力调节保证设计值，应在计算值的基础上，按甩负荷前净水头的

5%～7%的压力脉动和压力上升值5%～10%的计算误差修正。如果已取得实际采用的水泵水轮

机模型特性曲线，可适当降低或不考虑计算误差。

8.3机组尾水管进口最小压力调节保证设计值，应在计算值的基础上，按甩负荷前净水头的

2%～3.5%的压力脉动和5%～10%压力下降值的计算误差修正。

8.4机组尾水管最大压力调节保证设计值，应在计算值的基础上，按甩负荷前净水头2%～

3.5%的压力脉动和5%～10%压力上升值的计算误差修正。

8.5输水系统建筑物调节保证设计值应满足NB/T35021《水电站调压室设计规范》和NB/T

35056《水电站压力钢管设计规范》相关设计要求。

7

附录A：

（资料性附录）

水力过渡过程大波动计算典型工况选择参考表（一洞两机布置）

工况编号说明计算目的

T1蜗壳最大内水压

上库正常蓄水位，下库死水位，最大毛水头工况两台机额定出力运行，

力/尾水管最小内

突甩负荷，导叶正常关闭

水压力

T2蜗壳最大内水压

上库正常蓄水位，下库死水位，最大毛水头工况两台机额定出力运行，

力/尾水管最小内

突甩负荷，导叶一关一拒

水压力

T3蜗壳最大内水压

上库正常蓄水位，下库死水位，最大毛水头工况两台机额定出力运行，

力/尾水管最小内

突甩负荷，导叶全拒

水压力

T4蜗壳最大内水压

额定水头，两台机额定出力运行，突甩负荷，导叶正常关闭力/尾水管最小内

水压力

T5蜗壳最大内水压

额定水头，两台机额定出力运行，突甩负荷，导叶正常一关一拒力/尾水管最小内

水压力/最高转速

T6蜗壳最大内水压

额定水头，两台机额定出力运行，突甩负荷，导叶全拒力/尾水管最小内

水压力/最高转速

T7上库死水位，下库正常畜水位，最小毛水头工况两台机最大出力运行，上平段末最小内

突甩负荷，导叶正常关闭水压力

T8上库死水位，下库正常畜水位，最小毛水头工况两台机最大出力运行，上平段末最小内

突甩负荷，导叶一关一拒水压力

T9上库死水位，下库正常畜水位，最小毛水头工况两台机最大出力运行，上平段末最小内

突甩负荷，导叶全拒水压力

上库正常蓄水位，下库死水位，两台机启动，增至满负荷，在流入上闸门井最高涌波

T10游闸门井流量最大时两台机突甩负荷，导叶正常关闭

上库正常蓄水位，下库死水位，两台机启动，增至满负荷，在流入上蜗壳最大压力/调

T11

游调压室流量最大时两台机突甩负荷，导叶正常关闭压井最高涌波

上库正常蓄水位，下库死水位，两台机启动，增至满负荷，在流出下调压室最低涌浪

T12游调压室流量最大时突甩负荷，导叶正常关闭

上库正常蓄水位，下库死水位，两台机启动，增至满负荷，在流出下闸门井最低涌浪

T13游闸门井流量最大时突甩负荷，导叶正常关闭

上库死水位，下库正常蓄水位，一台机最大负荷运行，另一台机从空上平段末最小内

T14

载增至最大负荷水压力

上库正常蓄水位，下库死水位，一台机额定负荷运行，另一台机从空上游调压室/闸门

T15载增至额定负荷，在流入上游调压室/闸门井流量最大时刻，两台机突井最高涌波水位

甩负荷，导叶正常关闭

上库死水位，下库正常蓄水位，两台机最大出力运行，突甩负荷，导上游调压室/闸门

T16叶正常关闭，在流出上游调压室/闸门井流量最大时刻，一台机从空载井最低涌波水位

增至最大出力

上库死水位，下库正常蓄水位，两台机最大出力运行，突甩负荷，在下游调压室/闸门

T17

流入下游调压室/闸门井流量最大时刻，一台机从空载增至最大出力井最高涌波水位

上库正常蓄水位，下库死水位，一台机额定出力运行，另外一台机增下游调压室/闸门

T18

至额定负荷，在流出下游调压室/闸门井流量最大时刻，两台机突甩负井最低涌波水位

8

荷，导叶正常关闭

上库正常蓄水位，下库死水位，最大扬程，两台水泵抽水断电，导叶引调最高涌波

P1紧急关闭

上库正常蓄水位，下库死水位，最大扬程，两台水泵抽水断电，导叶

P2一关一拒

上库正常蓄水位，下库死水位，最大扬程，两台水泵抽水断电，导叶尾水洞最小压力

P3全拒

尾水管最高压力/

上库死水位，下库正常蓄水位，最小扬程，两台水泵抽水，流量最大

尾调及尾闸最高

P4时，两台机同时断电，导叶全关

涌浪

上游调压井最低

上库死水位，下库正常蓄水位，最小扬程，两台水泵同时启动抽水，

涌波、下游调压井

P5当流出上游调压井流量最大时，两台机同时断电，导叶全拒

最高涌波

上游调压井最低

上库死水位，下库正常蓄水位，最小扬程，两台机同时启动抽水在

,涌波、下游调压井

P6流出上游调压室流量最大时抽水断电，导叶同时紧急关闭

最高涌波

上库死水位，下库正常蓄水位，两台机抽水启动,在流入下游调压室下游调压井最高

P7

流量最大时抽水断电，导叶同时紧急关闭涌波

上库死水位，下库正常蓄水位，两台机抽水启动,在流入下游调压室下游调压井最高

P8

流量最大时抽水断电，导叶全拒涌波

上库死水位，下库正常蓄水位，两台机抽水启动,在流出上游闸门井上游闸门井最低

P9

流量最大时抽水断电，导叶同时紧急关闭