Page 117 - 2023年第54卷第1期

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表２定速－定速布置形式下机组参数极值
间隔最低调压最高调压最低尾水最高尾水最低工作最高工作最低蜗壳最高蜗壳
时间井水位?ｍ井水位?ｍ压力?ｍ压力?ｍ水头?ｍ水头?ｍ压力?ｍ压力?ｍ
５ｓ４９２．１５１９．８４９２．６５２１．１５８２．０６４５．４１１０２．１１１３９．２
１０ｓ４９２．６５１８．４４９３．１５１９．６５８７．６６４４．３１１０５．０１１３８．５
１５ｓ４９３．７５１６．２４９４．１５１７．３５８７．８６４２．４１１０２．７１１３７．９
２０ｓ４９５．２５１３．２４９５．８５１４．５５９９．０６３９．７１１１１．３１１３６．２
２５ｓ４９７．５５１０．２４９８．１５１１．６６０４．５６３６．７１１１５．９１１３５．０

从图１４中可看出，定速机组调相转发电过程中，机组工作水头、蜗壳压力在经历较大程度下降
后波动上升并最终趋于稳定，机组尾水压力、下游调压井水位及流量具有正弦式衰减振荡的特征。在
图１４（ａ）（ｂ）中，机组工作水头和蜗壳压力在０～４０ｓ出现两段较为明显的下降，工作水头由６５５ｍ降
至５８２ｍ，蜗壳压力由１１５５ｍ最低降至１１０２ｍ。随着两机组动作间隔时间由５ｓ增加到２５ｓ，水头和压
力下降的间隔时间相应延长。无论间隔时间取何值，两机组工作水头和蜗壳压力最终均稳定于６３０．６ｍ
和１１３４．４ｍ，故不同动作间隔时间对水头和压力在该过渡过程的末值基本没有影响。从图１４（ｃ）（ｄ）
中可以看出，机组尾水压力在２０～６０ｓ内的第一个波峰过程中出现小范围的振荡，随着动作间隔时间
由５ｓ增大到２５ｓ，机组最大尾水压力由５２１．１ｍ降低到５１１．５ｍ，下游调压井水位最大值由５１９．８ｍ
降低到５１０．２ｍ，故延长两机组动作间隔时间有效减轻了尾水压力和调压井水位的振荡幅度，该过渡
过程结束后两者最终稳定至与下游水位相等的５００ｍ。
表２和图１４（ｆ）定量展示了机组不同动作时间间隔下工作水头、蜗壳压力、尾水压力、调压井水
位及流量的极值，可以发现延长两台机组的动作间隔时间能在一定程度上减小机组压力的变化幅值，
有效减轻水压力在该过渡过程中对机组过流部件的冲击。
３．３定速－变速机组动态特性与前述分析类似，变速机组相对定速机组动作间隔时间分别取５、１０、
１５、２０、２５ｓ，仿真时间仍为１８０ｓ。图１５分别展示了在此过程中定速－变速机组由调相转发电过程中
机组工作水头、蜗壳压力、尾水压力、调压井水位及流量的动态特性。
从图１５（ａ）（ｂ）可以看出，定速－变速形式在工况转换过程中工作水头和蜗壳压力的下降呈现阶梯
式降低，与定速－定速机组布置形式相比更为平缓。５种不同动作间隔时间下的机组工作水头最低值分
别为５７９．１、５９３、５９６．５、６０３．４、６０７．９ｍ，工作水头最大值分别为６４４．９、６４２．８、６３９．６、６３６．７、６３５．９ｍ，
由表３和图１５（ｆ）可以看出，工作水头、蜗壳压力的波动幅值较定速－定速机组均有所降低。不同动作
间隔时间下机组尾水压力、下游调压井水位及流量的振幅相比定速－定速布置也均有减小。
３．４变速－变速机组动态特性变速－变速机组布置形式下的水力特性响应整体与定速－变速布置的响
应类似（见图１６），但机组工作水头和蜗壳压力在初始下降以及之后的上升过程中出现了明显的局部
振荡。值得注意的是，在相继时间为５ｓ时，工作水头和蜗壳压力的波动峰值分别超过了其初值６５５ｍ
和１１５５ｍ，该布置形式下两参数衰减振荡的起始时间在１００ｓ左右，相比于定速－变速布置形式的起始
时间有所滞后。尾水压力在２０～１００ｓ内有明显的局部小幅振荡，而定速－变速布置形式中尾水压力的
局部小幅振荡仅出现在２０～８０ｓ内的波峰中，即变速－变速布置下尾水压力的局部振荡时间延长，振
荡出现在第一个波峰和第一个波谷处且波峰处尤为明显。下游调压井水位及流量波动幅度较定速－变
速布置也有所增大，变速－变速布置形式下的下游调压井流量正峰值并未出现在第一波峰，而是出现
在９５～１０５ｓ内的第二波峰处。
为了定量刻画出不同布置形式下相应水头、压力等波动范围的缩小程度，表５统计了三种不同布
置形式的机组在不同动作间隔时间下水力特性的波动率，机组工作水头和蜗壳压力的基准值分别为其
稳定值６３０．６ｍ和１１３４．４ｍ，尾水压力和下游调压井水位基准值为其稳定后的下游尾水位５００ｍ，下
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游调压井流量基准值选定为３００ｍ ?ｓ。由表５可知，在不同的动作间隔下，除间隔５ｓ时的工作水头和
蜗壳压力外，定速－变速的机组布置形式相较于定速－定速布置能在一定程度上减小压力、水位及流量

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