特别策划——水电工程规划设计的水文泥沙技术研究

• 基于山坡蓄量动力学模型的中小流域设计洪水计算

  刘刚;康有;王琦;张洁;刘金涛;

  1984年的《暴雨径流查算图表》对我国无实测暴雨洪水资料地区的水利水电工程、道路、桥梁等工程洪水计算起到了关键性作用。现有中小流域设计洪水常用计算方法，如推理公式法、单位线法，其参数物理含义不明确，参数确定往往依赖经验且具有较大的主观性，极大地限制了无暴雨洪水计算手册地区水利水电工程设计。针对上述情况，引入山坡蓄量动力学模型，利用流域关键带结构特征及实测暴雨洪水资料确定模型参数，并将该模型计算洪水成果与洪水频率分析法、推理公式法、单位线法计算成果进行对比，计算结果合理。结果表明，该模型物理机制明确、参数更具有物理意义，可通过少量的野外勘测、室内实验或工程类比来确定参数；将其与流域洪水调查、野外勘测及室内试验等工作相结合，能得到合理的设计洪水计算成果，可推广应用于生产实践。

  2024年04期 v.10;No.56 1-6+13页 [查看摘要][在线阅读][下载 2347K]
  

• 抽水蓄能电站防沙措施研究

  赵海镜;张捷;张防修;李晓伟;程涛;

  以典型抽水蓄能电站为研究对象，开展了水库防沙措施研究。针对复杂工程条件，在分析各种防沙布置措施的基础上，考虑以沉代拦、导沉结合，提出导沙堤和尾水明渠相结合的防沙布置型式。经过数值模拟和物理模型验证，该型式减少过机泥沙效果明显，水力学参数合理。研究成果可为类似工程规划、设计和运行提供参考。

  2024年04期 v.10;No.56 7-13页 [查看摘要][在线阅读][下载 2719K]
  

• 基于水动力数值计算的小流域设计洪水模拟研究

  王盼;程龙;蒲博文;郭上渲;歧雅菲;

  基于水动力数值模拟方法，选择广州市花都区新街河流域作为研究区域，设计洪水计算分为天然和城市两类下垫面来考虑。采用MIKE11构建一维河道水动力模型，MIKE Urban构建管网水流模型，MIKE FLOOD耦合一维水动力模型与管网水流模型，推求新街河流域不同河道断面处的典型频率设计洪水。将耦合模型计算的设计洪水成果与传统水文分析方法计算的设计洪水成果进行对比，分析考虑了城市管网后流域洪水计算发生的变化；根据研究结果，对比综合单位线法和城市洪水耦合模型两种方法的计算结果，整体来说耦合模型计算的设计洪水成果偏大，符合一般地区城市化后洪水过程洪峰增大的变化规律；部分河涌耦合模型的设计洪水成果偏小，与径流在复杂的城市管网中的流动滞时、管径过流能力不足等原因有关。

  2024年04期 v.10;No.56 14-19页 [查看摘要][在线阅读][下载 2797K]
  

• 基于DEM的陕西省中小流域设计洪水软件开发

  郭世兴;闫星;周伟;刘拓;

  为规范和高效简捷地计算暴雨推求设计洪水，避免烦琐的查表和手工计算，针对陕西省中小流域设计洪水软件的空白，研发了基于DEM(Digital Elevation Model)的暴雨推求设计洪水的软件。该软件利用不同历时的点暴雨均值和变差系数等值线图生成DEM数据源，点选可自动获取工程所在位置的所有参数。采用推导的数值解法对产流过程和汇流过程进行程序开发，实现了陕西省无资料地区中小流域设计洪水计算的可视化高效计算和快捷规范的输出，显著提高了计算精度和工作效率。该软件算法和开发方法可推广应用于全国其他省市中小流域无资料地区设计洪水的计算。

  2024年04期 v.10;No.56 20-25页 [查看摘要][在线阅读][下载 2325K]
  

• 某特高堆石坝溃决过程及下游梯级水库群风险防控研究

  唐荣婕;何成荣;石雨亮;陈含墨;

  水库大坝是重要的基础设施，其运行安全事关人民生命财产安全和社会稳定。应用DB-IWHR模型模拟某特高堆石坝因超标准洪水、泄洪建筑物失控、安全事件等原因导致坝体溃决的洪水过程。利用HEC-RAS软件模拟安全事件情景下的溃坝洪水演进，并对比分析通过预警提前降低水位与否对下游水库群受溃坝洪水影响程度的差异。研究结果表明，降低水位能够显著减小溃坝洪峰洪量，梯级水库群可通过预警腾库、减小蓄水量，有效削弱、截断上游溃坝风险的传导；水库调节性能、坝体抗风险能力等是梯级水库群布置应予考虑的重要因素。

  2024年04期 v.10;No.56 26-32页 [查看摘要][在线阅读][下载 2445K]
  

• 梨园—阿海混合式抽水蓄能电站库区泥沙淤积预测

  刘勇;王超兴;唐孟;

  水库泥沙淤积不仅会导致水库有效库容减小，影响水库的使用寿命和发电效益，还会影响水库的调节能力，增加水库的防洪压力。库区泥沙淤积预测有利于掌握水库运行期间的泥沙淤积趋势，便于制定合理的调度运行方式以达到防沙减沙的目的，延长电站使用寿命。采用一维恒定非均匀不平衡输沙数学模型预测了考虑上游梯级电站拦沙后，金沙江中游梨园、阿海水库在梨园—阿海混合式抽水蓄能电站建成后库区泥沙淤积趋势，结果表明：梨园、阿海水库泥沙主要淤积在库中—库尾河段，坝前泥沙淤积高程较低，库区泥沙淤积程度较轻；梨园-阿海混合式抽水蓄能电站运行100年后，梨园、阿海水库泥沙淤积总量分别约为1.21亿m~3、1.94亿m~3，调节库容淤损率分别为8.43%、14.4%。

  2024年04期 v.10;No.56 33-39页 [查看摘要][在线阅读][下载 2448K]
  

• 湖南省抽水蓄能电站项目水文设计成果分析总结

  李雅琴;曹志成;

  近年，全国各地抽水蓄能电站正在有序开发。湖南省抽水蓄能项目数量多、分布广，特点各异，多位于流域源头支流，上、下水库控制流域集水面积小，属资料稀缺地区中小流域。本研究对湖南省各抽水蓄能电站水文泥沙成果进行了分析总结，得出：降雨径流及泥沙区域性分布规律较为明显，与湖南省降雨、径流、泥沙等值线图分布规律基本一致；设计暴雨与暴雨均值分布趋势会存在差异；设计洪水成果影响因素较多，包括地理因素、气象条件和流域特性等，较为复杂，汇流参数、集水面积越大，洪峰越大，区域分布规律与设计暴雨分布规律会存在差异。本研究成果可为湖南省及其他区域抽水蓄能电站规划设计阶段水文泥沙计算及其合理性分析提供参考。

  2024年04期 v.10;No.56 40-46页 [查看摘要][在线阅读][下载 2437K]
  

• 抽水蓄能电站溃坝风险分析及溃坝过程模拟——以若羌抽水蓄能电站为例

  程龙;张璇;闫军波;刘娜;王盼;

  针对抽水蓄能电站的溃坝洪水风险分析及溃坝模拟相关研究及方法较少的问题，文章以新疆若羌抽水蓄能电站为例，采用FMECA法、事件树等方法对溃坝概率及风险进行了分析，并采用MIKE软件，对溃坝洪水进行了模拟。结果表明，导致该工程上、下水库溃坝的主要风险因素为发震断层地表破裂、超强地震；上、下水库大坝溃坝风险等级为Ⅳ级低风险。文章提出了若羌抽水蓄能电站溃坝的潜在破坏路径，并设置了9种溃坝方案，分别对上、下水库溃坝洪水进行了模拟分析。根据若羌抽水蓄能电站双库开挖、库盆下游无明显河道的特点，提出适合于类似工程的溃坝风险分析及溃坝过程模拟方法，为同类型抽水蓄能电站溃坝洪水分析提供参考，为提高电站应对溃坝事件的能力、编制科学的大坝应急管理预案和风险应对措施提供技术支撑。

  2024年04期 v.10;No.56 47-58页 [查看摘要][在线阅读][下载 2978K]
  

特别策划——水电机组调速系统控制与仿真

• 引入积分微分的水轮机调速器最优控制

  郑阳;闫双庆;刘宛莹;程远楚;肖志怀;陈启卷;

  水轮机调速器的先进控制对水电机组及其互联电力系统安全稳定运行具有重要意义。针对原始线性二次型控制存在静态误差，且难以处理非零状态轨迹跟踪等问题，在水轮机调节系统的微分方程模型中引入转速误差积分和微分两个增广状态变量，构建调节系统增广微分方程组模型，并在此基础上提出一种引入积分微分的调速器最优控制算法。数值仿真表明，所提控制算法较传统PID方法在不同运行工况下均具有更好的综合控制性能，且控制器参数设置简便，对工况变化不敏感，具有较PID算法更好的工况适应性。

  2024年04期 v.10;No.56 59-62+73页 [查看摘要][在线阅读][下载 2408K]
  

• 水电机组变水头运行时一次调频参数探讨

  程诗明;丁占涛;卢娜;赵文利;

  为满足地方电网规定的水电机组一次调频考核要求，本文以西北某水电站为例，对变水头下的水电机组一次调频响应特性及其整定参数进行分析。选取不同水头的工况进行一次调频仿真试验，结果表明：固定控制参数下的一次调频响应特性无法都满足考核标准的要求，尤其是大频差扰动特性指标被考核较多。因此，必须根据水轮机工作的水头变化整定相应的最优控制参数，以获得良好的一次调频效果，减少水电站调速器在变水头条件下的一次调频被考核率。

  2024年04期 v.10;No.56 63-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 2379K]
  

• 水轮机调速器功率前馈控制修正方法

  王本红;朱斌;程诗明;邓友汉;

  为满足电网AGC和一次调频的要求，水电机组调速系统广泛采用功率调节模式。在现有功率调节模式下，当水头与开度变化时，难以在各种不同工况下取得良好的控制效果。因此在功率控制中引入前馈来提高响应速度。但前馈控制为开环控制，为提高前馈控制的精准度，本文提出了水电机组功率前馈控制自动修正方法。仿真计算和现场应用证明该控制方法控制快速、超调小，且具有较高的稳态调节精度，较好地改善了水电机组功率调节的控制响应特性。

  2024年04期 v.10;No.56 68-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 2574K]
  

• 冲击式水电机组孤网调节特性仿真与试验

  宋登峰;蔡天富;何常胜;普碧才;王浩;

  水电机组由于多种原因可能进入孤网运行模式，保证孤网运行的稳定性是保障供电和加快电网恢复的重要前提。为有效地开展冲击式水轮机调速系统的调节特性和控制策略研究，本文建立了冲击式水电机组调节系统分析数学模型，仿真分析了孤网下小负荷扰动与大负荷扰动的冲击式水电机组调节特性，通过突甩负荷仿真验证了不同折向器投退策略的效果，并开展了冲击式水电机组孤网调节的现场试验，验证了本文所述数学模型的正确性。合适的折向器投入与退出频率设置和合理的调速器的控制参数是保障孤网运行稳定性的重要保障。

  2024年04期 v.10;No.56 74-78+88页 [查看摘要][在线阅读][下载 2842K]
  

• 接力器开关速度影响因素仿真分析

  杨聚伟;胡立昂;李青楠;陈启明;李长胜;曹永闯;杨恒乐;黄鑫;

  正确整定水轮机接力器的关机与开机规律是保障水电站安全的重要措施。实际工程中多次出现接力器关闭规律偏离整定的情况，为分析原因本文通过对水轮机调速器液压放大系统原理分析，建立了液压放大系统的精细数学模型；基于所建模型与实际电站参数，仿真分析了影响接力器速度特性的主要因素。结果表明水对导叶的作用力和接力器的内漏对接力器的开关机时间有显著的影响。在整定接力器开关机规律时应考虑水对导叶作用力的影响。

  2024年04期 v.10;No.56 79-83页 [查看摘要][在线阅读][下载 2635K]
  

• 巨型水电机组液压系统压油泵频繁加卸载原因分析及处理

  冉鄂渝;严玉明;张鹏;王本红;艾远高;

  水轮机调速系统是水电站的主要设备之一，是不可缺少的组成部分。其中液压系统作为调速系统的动力源，其可靠性和稳定性直接关系到调速系统的安全性。压油泵频繁出现加卸载现象会影响液压系统的可靠性和安全性。本文阐述了实际运行中出现的压油泵频繁加卸载现象，并从油压装置、电气调节两方面压油泵频繁加卸载的原因进行了详细的分析。结合机组趋势分析历史数据、现场压油泵的状态以及调速器控制柜触摸屏的数据，对压油泵频繁加卸载的原因进行了定位。根据故障定位，提出造成压油泵频繁加卸载现象的解决方案。

  2024年04期 v.10;No.56 84-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 2182K]
  

主机及其辅助设备

• 大型抽水蓄能机组启动工况保护自适应算法研究

  马信武;訾士才;田鹏;郑永明;陈海龙;徐立明;

  大型抽水蓄能电站机组启动频繁，工况转换多变，保护采用电气一次设备辅助开关接点以及控制系统输出的接点信号等方式识别工况，根据运行工况合理配置保护并自动投退。低频启动阶段电压、电流信号频率极低，幅值小并且波动变化大，采用常规傅里叶算法，误差不能满足保护运行要求。本文分析了采用快速频率跟踪调整采样间隔方法的弊端，提出了基于异步采样数据的保护自适应算法，通过采用二阶低通滤波及与频率无关的有效值算法，仿真验证了算法的正确性。采用本算法的保护装置已经在国内多个抽水蓄能工程应用，设备运行良好。

  2024年04期 v.10;No.56 89-94+100页 [查看摘要][在线阅读][下载 2828K]
  

• 抽水蓄能机组锻件磁轭材料选择及应用

  刘金栋;宋延慧;周聪;宋兆新;

  随着抽水蓄能电站建设和技术快速发展，机组水头和转速不断提高，对发电电动机转动部件的材料选择要求也越来越严格。转子磁轭作为发电电动机的核心部件，是发电机磁路的重要组成部分，同时承担着机组高速旋转产生的离心力和磁极拉力，其材料选择至关重要。经系统论证研究和实践应用证明，锻件磁轭材料作为一种新型材料在机械性能、焊接性能、应力校核、通风效果、导磁性能、制造工艺、现场安装等有明显优势，可替代传统磁轭材料并成功应用于大型抽水蓄能机组，满足机组长期安全稳定运行要求，且锻件磁轭其整体性和刚性较优。对锻件磁轭材料和钢板磁轭材料的选择应用进行对比分析，为抽水蓄能发电电动机转子磁轭材料深入研究和实际应用提供技术支撑。

  2024年04期 v.10;No.56 95-100页 [查看摘要][在线阅读][下载 2790K]
  

水电工程施工、试验及检测

• 影响抽水蓄能电站高压水道衬砌形式选择多因素分析

  柴建峰;闵丽;闫宾;王珏;

  抽水蓄能电站建设的关键技术问题之一是渗流控制。论文分析了气候等自然地理条件对抽水蓄能电站输水系统所在山体水文地质条件的影响，讨论了钢筋混凝土衬砌及围岩中地下水可能的渗透模式，提出在补水困难、降雨量偏少、岩体质量差、地下水深埋较大的地区，抽水蓄能电站高压水道采用钢衬具有一定的合理性。在高压水道衬砌形式的技术经济综合比选时，建议除了考虑常规的地质条件，还应关注补水工程投入、降雨量等自然地理因素。上述认识对类似工程设计具有一定借鉴作用。

  2024年04期 v.10;No.56 101-105页 [查看摘要][在线阅读][下载 2316K]
  

• 抗冲磨水性环氧树脂砂浆设计与试验

  黄大岸;于跃;庞海涛;杨勇;于剑;喻冉;

  水性环氧树脂砂浆具有潮湿环境施工便捷、环境友好等优点，但是力学性能较低，在水工建筑恶劣冲磨防护方面几乎没有实际应用案例。制备了一种新型水乳水溶混合型环氧树脂，兼具了水乳型环氧和水溶型环氧的优点。优化设计了抗冲磨水性环氧树脂砂浆配比，并进行了性能测试。室内试验表明：潮湿面黏接强度超过3MPa，且均非界面破坏；水性环氧砂浆抗压强度均高于80MPa，满足抗冲磨技术要求。现场试验也表明其抗冲磨效果和油性环氧树脂砂浆相当，其综合性能更加优异。因此，该新型水性环氧树脂突破了力学性能提升的技术瓶颈，具备了对传统油性防护砂浆更新换代的能力。

  2024年04期 v.10;No.56 106-108+120页 [查看摘要][在线阅读][下载 1675K]
  

电力系统与电网安全

• 电网自动发电控制系统频率偏差系数动态优化研究

  邹皓;

  结合某电网高比例水电、大规模外送的显著特征和AGC系统特性，通过建立电网等效ASF模型，研究频率偏差系数变化对电网AGC性能的影响，分析影响电网频率偏差系数的关联因素，制定AGC系统频率偏差系数优化仿真实施方案，基于大量仿真结果制定频率偏差系数的整定方法。该方法兼顾功率缺额和时间尺度两个方面，可有效提升电网二次调频的能力，系统频率稳定性有效增强，对电网开展频率偏差系数动态优化具有一定的借鉴作用。

  2024年04期 v.10;No.56 109-120页 [查看摘要][在线阅读][下载 4072K]
  

• 水电工程规划设计的水文泥沙技术研究

  王琦;

  <正>在应对气候变化的背景下，我国为实现“2030年前碳达峰、2060年前碳中和”目标，可再生能源行业快速发展，常规水电作为技术成熟的清洁可再生能源，迎来了良好的发展机遇，构建以新能源为主体的新型电力系统，风、光等新能源高比例、大规模发展，新型电力系统对调节电源的需求更加迫切，抽水蓄能电站是当前技术最成熟、经济性最优、最具大规模开发条件的调节电源，同样迎来新的发展机遇。

  2024年04期 v.10;No.56 2-3页 [查看摘要][在线阅读][下载 1062K]
  

• 水电机组调速系统控制与仿真

  程远楚;

  <正>水电机组是电力系统重要的可调节电源，水电机组根据电网调度要求和电网频率变化情况，及时快速地调整水电机组的输出功率，以满足电网有功功率平衡和频率调节的需要。水轮机调速器是实现电网一次调频和自动发电控制（AGC）的关键设备。为了满足《水轮机调节系统并网运行技术导则》和各电网调度部门对AGC和一次调频考核的要求，提高水轮机调速器性能，在调节模式、控制算法、控制参数优化等方面开展了大量的研究。

  2024年04期 v.10;No.56 4-5页 [查看摘要][在线阅读][下载 1031K]
  

• 国网新源江苏句容抽水蓄能电站上下水库日落

  王威康;

  <正>~~

  2024年04期 v.10;No.56 121页 [查看摘要][在线阅读][下载 179K]
  
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