尾水洞出現明滿流的水電站小波動穩定性分析

陳 剛,周建旭,胡 明

(河海大學水利水電學院,江蘇 南京 210098)

通常,具有長尾水系統的引水式水電站在運行過程中,長尾水系統始終處于有壓或無壓狀態,但是部分尾水位變幅較大的水電站尾水系統中可能出現復雜的流態:在較低尾水位下,尾水系統可能會處于部分有壓和部分無壓狀態,或者出口段為無壓狀態,均有可能發展成明滿流交替流態;在尾水位較高時,整個尾水系統都呈現有壓流態。在實際工程中,主要分為兩類:一類是變頂高尾水洞;另一類是尾水洞為水平或緩坡等高斷面,而尾水洞起始段有明顯的反坡。

對于在運行過程中尾水洞可能出現無壓段或明滿流的水電站,主要采用水力學試驗和數值模擬計算方法進行穩定性分析,其中主要的數學模擬方法有虛擬狹縫法、激波擬合法[1]、剛性水柱法[2]和特征隱式格式[3]等。文獻[4]分析了地下式水電站利用導流洞改作發電尾水洞的過渡過程中明滿流現象的特征及形成機理。程永光等[5]通過對固定界面明滿流的銜接計算,研究了水輪機調節規律對調保參數及涌波的影響。文獻[6]采用復雜尾水系統非恒定流的數學模型,分析了無壓尾水洞對尾水調壓室水位波動的影響。陳乃祥等[7]、褚寶鑫等[8]采用明滿交替流特征隱式格式法計算模型分析了變頂高尾水洞體型變化對機組運行穩定性的影響。張強等[9]采用包含引水系統、機組和調速器在內的計算機仿真程序進行水力過渡過程計算,分析可知在明滿交替流工況下電站調節系統能滿足小波動穩定性要求。……