某變速抽蓄機組水泵水輪機發(fā)電工況壓力脈動試驗研究

李 瑤，馬智杰，2，3，孫博志

(1.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038；2.天津大學(xué)電氣自動化與信息工程學(xué)院，天津 300072；3.華北電力設(shè)計院有限公司，北京 100120)

0 引 言

大力開發(fā)可再生能源是我國能源發(fā)展的重要戰(zhàn)略舉措。未來能源架構(gòu)將以風(fēng)光可再生能源為主，要維持電網(wǎng)穩(wěn)定，大規(guī)模的靈活調(diào)節(jié)電源必不可少。抽水蓄能電站運行可靠、應(yīng)用規(guī)模大，是到現(xiàn)在為止公認的最成熟、最經(jīng)濟、容量最大的儲能方式，為維護電網(wǎng)穩(wěn)定做出了巨大貢獻，在調(diào)峰填谷以及提供和吸收新的儲能方面發(fā)揮了綜合作用[1-2]。截至2022年底我國可再生能源的發(fā)展情況如圖1所示，可見風(fēng)電加光伏能源的總裝機容量占比已增至63%，發(fā)電占比增至44%，其發(fā)展勢頭較為迅猛，為加快我國抽水蓄能電站建設(shè)奠定了一定的工程背景。

圖1 截至2022年底我國可再生能源發(fā)展情況

電站中的水力發(fā)電機組根據(jù)其運行特點可分為常規(guī)定速機組和變速機組。變速機組又分為變級調(diào)速和連續(xù)調(diào)速。與定速機組的外部特性相比，變速機組可以更充分地利用其輸出能力，改變機組轉(zhuǎn)速，改善轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流態(tài)，以提高偏心工況下的運行效率。在調(diào)節(jié)特性方面，變速機組可以實現(xiàn)快速的功率跟蹤，并突出響應(yīng)靈活性。為了提高水電機組的調(diào)控能力，發(fā)達國家大力推動變速恒頻抽水蓄能技術(shù)的發(fā)展[3]。日本為變速水電機組建設(shè)與發(fā)展大國，截至2020年，投產(chǎn)運行變速機組容量已接近2 200 MV·A[4]。歐洲中德國瑞士法國等對變速水電技術(shù)開展的研究也較為成熟，近年投運進程較快[5]。我國的變速恒頻抽水蓄能技術(shù)起步較晚，與國外還有一定差距。我國的豐寧抽水蓄能電站位于河北省豐寧滿族自治縣境內(nèi)，是世界上裝機容量最大的抽水蓄能電站，其兩臺變速機組為中國首次建設(shè)的大型交流勵磁變速抽水蓄能機組。國際上采用全功率變頻變速可逆式抽水蓄能機組的電站僅有1個改造項目，為瑞士的Grimsel 2號電站，它將原有的1臺90 MW定速機組改裝為100 MW 的全功率變頻變速抽水蓄能機組，在水泵功率連續(xù)變化方面取得了良好的效果[6]。

變速機組轉(zhuǎn)速可調(diào)的特性使其在維持偏工況運行穩(wěn)定性以及機組效率等方面都有很大作用。例如，周喜軍等[7]發(fā)現(xiàn)事故甩負荷時，當(dāng)初始轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)增加，變速機組的最高轉(zhuǎn)速不會顯著上升。Valavi等[8]認為，變速操作對維持水輪機效率有很大幫助，即使水頭和輸出發(fā)生變化，水輪機運行在其他偏工況下，水輪機的效率仍然可以保持在較高水平。隨著可變可再生能源在電網(wǎng)中的日益普及，這些研究成果為水電機組的變速運行提供了參考。

壓力脈動是由轉(zhuǎn)輪、葉片以及其他部件之間的靜態(tài)和動態(tài)干擾引起的一種壓力波動現(xiàn)象，該現(xiàn)象會引起機組的振動和疲勞失效，甚至引起廠房的振動，極大地影響電站的安全穩(wěn)定運行[9]。Trivedi等[10-11]研究了混流式水輪機轉(zhuǎn)速變化過程中不同區(qū)域的壓力隨時間的變化規(guī)律，得出過渡過程中動靜干涉的幅值很小，但在過渡周期結(jié)束時，幅值會迅速增大的結(jié)論；此外，在無葉區(qū)和轉(zhuǎn)輪中，壓力脈動幅值隨轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速的增大而增大。王彤彤等[12]研究發(fā)現(xiàn)，變速運行模式可以減弱(甚至消除)尾水管渦帶；在最佳轉(zhuǎn)速下，效率得到提升，機組運行的穩(wěn)定性也得到提高。此外，變速運行模式還可以提高水輪機的效率，降低能耗，提高機組的經(jīng)濟性。因此，采用變速運行模式是優(yōu)化水輪機設(shè)計和提高機組運行效率的有效途徑之一。

目前水泵水輪機壓力脈動的研究方法主要有傳統(tǒng)的理論分析方法、試驗研究方法與數(shù)值模擬方法。試驗研究方法多為物理模型試驗[13-14]，數(shù)值模擬研究[15-16]水泵水輪機內(nèi)部流動特性的主要工具是ANSYS軟件。

本文對水泵水輪機真機在發(fā)電工況尋優(yōu)變轉(zhuǎn)速運行之后的各部位壓力脈動進行分析?，F(xiàn)場機組試驗從1～5 MW，轉(zhuǎn)速從814.8 r/min提高至926.5 r/min，導(dǎo)葉開度從18.9%到58.7%，當(dāng)功率達到1、2、3、4 MW及5 MW時，機組在此工況下穩(wěn)定運行一段時間，取該段時間的蝸殼進口、無葉區(qū)及尾水管出口的壓力數(shù)據(jù)進行不同部位壓力脈動的比較分析。通過分析全功率變速抽水蓄能機組水泵水輪機發(fā)電工況變速運行模式的壓力脈動，探究在發(fā)電工況變速運行過程中水泵水輪機的壓力脈動對機組安全穩(wěn)定運行的影響。

1 試驗方法介紹

1.1 現(xiàn)場情況

春廠壩原為常規(guī)水電站，圖2為其廠房內(nèi)部及水泵水輪機照片，該電站安裝3臺18 MW的常規(guī)水輪機組，新裝1臺5 MW變速可逆式抽蓄機組。抽蓄機組抽水最大功率6.7 MW，發(fā)電額定功率5 MW。其運行特點為：以水輪機發(fā)電為主，水泵抽水為輔。

圖2 春廠壩水電站

春廠壩變速機組充分利用全功率變頻變速的優(yōu)勢，采用變轉(zhuǎn)速-變導(dǎo)葉開度雙尋優(yōu)為手段的全路徑尋優(yōu)，使水輪機實際運行工況均處于水輪機特性的最佳運行區(qū)域，避開全特性曲線上可能存在的S形特性區(qū)域，避開壓力脈動幅值大的區(qū)域。全功率變頻變速抽水蓄能機組水輪機工況全路徑優(yōu)化主要包括變轉(zhuǎn)速尋優(yōu)線以及最低單位轉(zhuǎn)速啟動運行線。

變轉(zhuǎn)速尋優(yōu)線基于以兼顧水輪機工況運行的高效穩(wěn)定性和操控實用便捷的可操作性為原則，以變轉(zhuǎn)速-變導(dǎo)葉開度雙尋優(yōu)為手段，實現(xiàn)了水輪機運行范圍內(nèi)不同水頭和不同出力時對應(yīng)的最佳轉(zhuǎn)速的設(shè)置，使水輪機實際運行區(qū)域接近為水輪機特性的最優(yōu)區(qū)域。該路徑使水輪機穩(wěn)態(tài)運行時始終處于相應(yīng)出力(相應(yīng)導(dǎo)葉開度)下的最優(yōu)效率區(qū)域。最低單位轉(zhuǎn)速啟動運行線為水輪機模型綜合特性曲線上的一條同時滿足水輪機快速平穩(wěn)并網(wǎng)和小開度部分負荷高效穩(wěn)定運行的等單位轉(zhuǎn)速線。

1.2 試驗介紹

春廠壩水泵水輪機主要參數(shù)：葉片數(shù)7個，轉(zhuǎn)輪進口直徑D1為1.08 m，轉(zhuǎn)輪出口直徑D2為0.708 48 m，額定轉(zhuǎn)速n為1 000 r/min，固定導(dǎo)葉和活動導(dǎo)葉數(shù)均為20個，額定流量為4.75 m3/s，額定水頭為130 m，水輪機工況額定比轉(zhuǎn)速為166 m·kW，水泵工況最低揚程工況比轉(zhuǎn)速為43.6 m·kW。

本次機組穩(wěn)定性試驗為變功率試驗，試驗工況點為有功功率階梯式升至最高負荷。在機組有功功率分別穩(wěn)定在1、2、3、4 MW及5 MW時，抽取傳感器數(shù)據(jù)，記錄水頭、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)見表1，傳感器采樣頻率為1 000 Hz。

表1 不同工況外部數(shù)據(jù)

由表1可以看出，在有功功率為1、2 MW和3 MW時轉(zhuǎn)速沒有太大變化，這是因為考慮到機組的水力穩(wěn)定性，變轉(zhuǎn)速尋優(yōu)設(shè)置了最低單位轉(zhuǎn)速啟動運行線。水輪機出力、單位轉(zhuǎn)速、單位流量以及單位轉(zhuǎn)速及單位流量的關(guān)系見式(1)～(4)，根據(jù)上述公式，水輪機啟動工況及低負荷運行工況均可根據(jù)水頭計算出對應(yīng)的轉(zhuǎn)速運行在該最低等單位轉(zhuǎn)速線上，有功功率為1、2、3 MW時即為低負荷運行工況，運行時都處于同一單位轉(zhuǎn)速線上，由于有功功率為1、2、3 MW時水頭相同，其轉(zhuǎn)速也基本相同。

水輪機出力

P=γ·Qi·Hi·η

(1)

單位轉(zhuǎn)速

(2)

單位流量

(3)

Q11～n11關(guān)系

(4)

式中，γ為ρg，常取9.81；Q為流量，m3/s；H為水頭，m；η為水輪機的效率；n為機組轉(zhuǎn)速，r/min；D1為轉(zhuǎn)輪進口直徑，m。

試驗共設(shè)置壓力脈動監(jiān)測點3個，分別位于蝸殼進口處、導(dǎo)葉后轉(zhuǎn)輪前無葉區(qū)處以及尾水出口處，圖3為水泵水輪機傳感器位置示意圖。

圖3 傳感器位置

1.3 分析方法

壓力脈動的分析方法主要有時域法和頻域法，時域法即相應(yīng)物理量隨時間變化的過程，以時間為橫坐標，繪制曲線，頻域法即使用FFT快速傅里葉變換將壓力脈動的時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號，從而得到以頻率為橫軸，相對應(yīng)幅值為縱軸的頻域圖[64]。

在數(shù)據(jù)分析時，采用無量綱數(shù)壓力系數(shù)Cp作為量化水泵水輪機壓力脈動強度的參考值，該系數(shù)表達式為

(5)

2 相同工況下水泵水輪機不同部位壓力脈動分析

選取相同工況下水泵水輪機不同部位的壓力值進行壓力脈動分析。即在同樣的P=1～5 MW的工況下，將水泵水輪機蝸殼進口、無葉區(qū)及尾水管出口處的壓力脈動進行對比分析。表2為不同工況下各部位的壓力均值。

表2 不同工況各部位壓力均值

2.1 時域分析

圖4為P=1 MW和P=4 MW時在1 s內(nèi)的各部位壓力脈動時域圖，為了更加直觀地進行分析，從中截取轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)一周時間內(nèi)的時域圖。圖5分別為P=1、2、3、4 MW和5 MW時的蝸殼進口、無葉區(qū)、尾水出口壓力脈動的時域圖，橫坐標約為轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)一周所需的時間，縱坐標Cp為壓力脈動系數(shù)。從圖5可知，P=1 MW為低負荷運行工況，各部位的壓力脈動相對比較雜亂，但仍可以看出，P=1 MW時的無葉區(qū)壓力脈動與其他工況無葉區(qū)壓力脈動一樣，具有周期性，在轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)的這一周里，其壓力脈動系數(shù)峰值為3.654%和-2.668%，蝸殼進口處壓力脈動系數(shù)峰值最大約在1%處；P=2 MW時無葉區(qū)壓力脈動系數(shù)峰值為6.224%和-5.656%；P=3 MW時無葉區(qū)壓力脈動系數(shù)峰值為6.849%和-7.917%；P=4 MW時無葉區(qū)壓力脈動系數(shù)峰值為4.431%和-5.601%；P=5 MW時無葉區(qū)壓力脈動系數(shù)峰值為4.459%和-5.790%。圖5中無葉區(qū)壓力脈動均具有明顯周期性，且在轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)一圈的時間內(nèi)，其壓力脈動均有7個波峰和7個波谷，即在轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)一圈時間內(nèi)，無葉區(qū)壓力脈動經(jīng)過了7個周期，可知其主頻應(yīng)為葉頻。除最明顯的無葉區(qū)外，從圖4可以看出，尾水管處存在明顯的低頻壓力脈動，時域圖中蝸殼處壓力脈動沒有明顯規(guī)律，且蝸殼與尾水管處壓力脈動系數(shù)較無葉區(qū)來講小了很多，可見離轉(zhuǎn)輪越遠，受到動靜干涉的影響越小，壓力脈動越不明顯。

圖4 1 s內(nèi)各部位壓力脈動時域

圖5 轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)一周各部位壓力脈動時域

2.2 頻域分析

為進一步了解各部位壓力脈動的特性，將第2.1節(jié)得到的時域數(shù)據(jù)進行FFT快速傅里葉變換，得到各監(jiān)測點壓力脈動的頻域圖。圖6分別為P=1、2、3、4 MW和5 MW時的蝸殼進口、無葉區(qū)、尾水出口壓力脈動的頻域圖，橫坐標為轉(zhuǎn)頻fn的倍數(shù)，縱坐標A為幅值。

圖6 各部位壓力脈動頻域

從圖6可知，P=1 MW時，無葉區(qū)壓力脈動主頻為7fn，次頻為14fn，均為葉頻倍數(shù)；蝸殼進口處主頻為7fn；尾水管出口處主要為低頻脈動，主頻為0.4fn。P=2 MW時無葉區(qū)整數(shù)倍葉頻壓力脈動均較為明顯，主頻為7fn，次頻為14fn，除此之外，21fn處壓力脈動也非常明顯；蝸殼進口處主頻為7fn，次頻為12fn；尾水管出口處主要為低頻脈動，主頻為0.3fn。P=3 MW時無葉區(qū)壓力脈動主頻為7fn，次頻為14fn；蝸殼進口處主頻為7fn，次頻為12fn；尾水管出口處主頻為0.3fn。P=4 MW時無葉區(qū)壓力脈動主頻為7fn，次頻為14fn，28fn處壓力脈動也比較明顯；蝸殼進口處主頻為0.3fn，次頻為14fn；尾水管出口處主要仍為低頻脈動，主頻為0.3fn。P=5 MW時，圖中無葉區(qū)壓力脈動主頻為7fn，次頻為14fn，除此之外整數(shù)倍葉頻壓力脈動如21fn、28fn均非常顯著；蝸殼進口處主頻為12fn，次頻為21fn；尾水管出口處主頻為12fn，除此之外主要均為低頻脈動，次頻為0.3fn。

由圖6可知，無葉區(qū)壓力脈動主頻均為7fn，蝸殼進口處壓力脈動主頻在轉(zhuǎn)速與開度較小處為7fn。隨著轉(zhuǎn)速增大，導(dǎo)葉開度增大，其主頻逐漸由7fn變?yōu)榈皖l0.3fn或12倍頻，相較于其他監(jiān)測點，無葉區(qū)監(jiān)測點受動靜干涉影響明顯，并且隨著轉(zhuǎn)速和導(dǎo)葉開度增大，無葉區(qū)14fn的壓力脈動也隨之越來越明顯。尾水管出口處壓力脈動幅值非常小，且主要為低頻脈動，幾乎不受動靜干涉的影響。

2.3 整體分析

相同工況下，由上述時域頻域圖可以看出無葉區(qū)壓力脈動是最嚴重的；除無葉區(qū)外，蝸殼也受到動靜干涉的影響。無葉區(qū)位于轉(zhuǎn)輪與活動導(dǎo)葉之間，受到的動靜干涉影響最大，總的來說，離轉(zhuǎn)輪區(qū)域越遠，受到動靜干涉的影響越??；尾水管處存在一定的低頻脈動，這是由尾水管渦帶引起。

圖7為不同工況各部位壓力脈動系數(shù)Cp的峰值柱狀圖。由圖7可知，尾水管壓力脈動系數(shù)峰值最小，在P=2 MW時出現(xiàn)最大值為0.78%；蝸殼壓力脈動系數(shù)峰值在P=3 MW時出現(xiàn)最大值1.98%；整體來講，無葉區(qū)的壓力脈動系數(shù)為最大，且在P=3 MW時其壓力脈動系數(shù)峰值出現(xiàn)最大值9.85%。從圖7可以看出，無葉區(qū)的Cp峰值從P=1 MW到P=3 MW逐漸增大，在P=4 MW時明顯減小，在P=5 MW時稍有增大；蝸殼進口處的Cp峰值變化規(guī)律與無葉區(qū)相同；尾水管出口處的Cp峰值從P=1 MW到P=2 MW時增大，在P=3 MW時減小，4 MW時增大，5 MW時又減小。造成上述變化的原因為，考慮到機組的水力穩(wěn)定性，變轉(zhuǎn)速尋優(yōu)設(shè)置了最低單位轉(zhuǎn)速啟動運行線，水輪機啟動工況及低負荷運行工況均可根據(jù)水頭計算出對應(yīng)的轉(zhuǎn)速運行在該最低等單位轉(zhuǎn)速線上。P為1、2、3 MW的3種工況均為低負荷運行工況，運行時都處于同一單位轉(zhuǎn)速線上，其轉(zhuǎn)速基本相同，因此當(dāng)導(dǎo)葉開度逐步增大時，流量隨之增大，壓力脈動越來越劇烈；從P=4 MW開始，機組進入變速尋優(yōu)狀態(tài)，通過機組的單位流量確定其尋優(yōu)后對應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速，此時水泵水輪機運行狀態(tài)相對穩(wěn)定，因此無葉區(qū)及蝸殼處的壓力脈動有所減?。籔=5 MW時，機組流量繼續(xù)增大，轉(zhuǎn)速增大，各轉(zhuǎn)輪葉道之間會產(chǎn)生均勻分布的渦結(jié)構(gòu)，從而使得無葉區(qū)與蝸殼處壓力脈動幅值稍有增加。

圖7 不同部位各工況Cp峰值柱狀圖

由上述時域頻域圖及分析可以看出，經(jīng)過變速尋優(yōu)后的工況，無葉區(qū)壓力脈動相較于尋優(yōu)之前是有所減小的，且整個過程中壓力脈動系數(shù)均10%以內(nèi)，可以看出尋優(yōu)變速運行對水機的內(nèi)流穩(wěn)定是有一定好處的。當(dāng)工況發(fā)生變化時，可以通過在綜合模型特性曲線上尋找在穩(wěn)定條件下相應(yīng)效率最高的工況點，這樣既可以保證水機在不同工況下的穩(wěn)定運行，又能提高其效率。

3 不同工況下水泵水輪機各部位壓力脈動分析

選取不同工況下水泵水輪機相同部位的壓力值進行壓力脈動分析。將不同工況下同一部位的壓力脈動特性放在一起進行比較，圖8為各部位不同工況下壓力脈動頻域。由圖8a可知，蝸殼進口處壓力脈動的頻率成分較為復(fù)雜，不僅受到轉(zhuǎn)輪區(qū)域動靜干涉的影響，還有許多其他頻率的壓力脈動。整體來講，蝸殼仍是受動靜干涉的影響最大。由圖8可知，當(dāng)P=1 MW時，蝸殼進口處主頻為7fn，除了整數(shù)倍葉頻14fn、21fn的壓力脈動外，也有1.5fn及頻率更低的壓力脈動存在；當(dāng)P=2 MW時，其主頻仍為葉頻7fn，次頻為12fn，頻率為14fn的壓力脈動有一定增大，1.5fn及頻率更低的壓力脈動也存在；P=3 MW時，主頻為葉頻7fn，次頻為12fn，14倍頻和21倍頻依然存在，但低頻脈動幅值開始增大；P=4 MW時，低頻脈動0.3fn成為蝸殼進口壓力脈動的主頻，次頻為14fn，此外，頻率為1.4fn及12fn的壓力脈動也很顯著；P=5 MW時，主頻為12fn，次頻為21fn，頻率為1.2fn的壓力脈動也仍較大。整體觀察可知，蝸殼壓力脈動還是一直受到轉(zhuǎn)輪區(qū)域動靜干涉的影響，除此之外，也存在其他頻率的脈動，如低頻脈動0.3fn，1～2倍頻及12fn的壓力脈動等。

圖8 各部位在不同工況下壓力脈動頻域

由圖8b可知，無葉區(qū)壓力脈動主要受到動靜干涉的影響，其5種工況主頻均為葉頻，次頻均為2倍葉頻。由圖8b可知，無葉區(qū)壓力脈動除整數(shù)倍葉頻的頻率外，也存在fn、2fn這樣1倍2倍轉(zhuǎn)頻的壓力脈動頻率以及0.3fn的低頻脈動。觀察得知無葉區(qū)7fn的壓力脈動幅值從P=1 MW到P=3 MW逐漸增大，在P=3 MW時達到最大值，在P=4 MW與P=5 MW時又有所減弱；而在14fn處的壓力脈動幅值從P=1 MW到P=5 MW隨著有功功率的增大而逐漸增大。

由圖8c可知，尾水管出口處的壓力脈動主要為低頻脈動，由尾水管渦帶引起。由圖8c可知，當(dāng)P=1 MW時，尾水管出口處主頻為0.4fn，次頻為23fn，除了0.4fn的壓力脈動外，也有許多不同頻率的低頻脈動存在；當(dāng)P=2 MW時，其主頻為0.3fn，次頻為24fn；P=3 MW時，主頻為0.3fn，次頻為25fn，此時還存在頻率為葉頻7fn的壓力脈動；P=4 MW時，低頻脈動0.3fn為尾水出口處的主頻，且幅值陡增，次頻為24fn；P=5 MW時，主頻為12fn，次頻為23fn，此時低頻脈動幅值較前4種工況來說很小。整體觀察可知，尾水管出口處壓力脈動主要為低頻脈動，幾乎不受動靜干涉的影響，低頻脈動的幅值從P=1 MW到P=4 MW一直增大，且在P=4 MW處有一個突增達到最大值，在P=5 MW時又突降到最小，說明在P=4 MW時，尾水管渦帶最為嚴重，造成了這一現(xiàn)象。

綜合對比可知，P=3 MW和P=4 MW的工況較差，在這2個工況下，蝸殼進口、無葉區(qū)以及尾水管出口的低頻壓力脈動都有所升高，對機組穩(wěn)定運行不利。P=3 MW為仍處于最低單位轉(zhuǎn)速線上的工況，此時導(dǎo)葉開度增大，逐漸需要機組改變到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，P=4 MW時機組剛開始進行變速尋優(yōu)，這2種工況均不屬于非常穩(wěn)定的工況，使得機組內(nèi)部容易出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)失速、脫流及渦帶等不利于水泵水輪機內(nèi)部流態(tài)的狀況，從而導(dǎo)致各部位的壓力脈動更加劇烈。到P=5 MW時，機組處于較好的工況下，轉(zhuǎn)速較高，導(dǎo)葉開度也與之匹配，因此可以發(fā)現(xiàn)此時的各部位壓力脈動均有所下降。

除此之外，蝸殼進口處除了低頻脈動與整數(shù)倍葉頻的壓力脈動外，頻率為12倍頻的壓力脈動也非常顯著，而在尾水管出口處，除了由尾水管渦帶引起的低頻脈動外，頻率為23fn、24fn和25fn的壓力脈動也很明顯，這些頻率的壓力脈動可能是由于抽蓄機組各部位的固有頻率、共振以及測量儀器影響等原因造成。

4 結(jié) 論

本文主要進行了水輪機工況下水泵水輪機在變速運行后穩(wěn)定處于P=1～5 MW時的壓力脈動時域及頻域分析，從相同工況下水泵水輪機不同部位壓力脈動分析以及同一部位不同工況下壓力脈動的對比兩個方面進行了比較和分析，最終得出以下幾點結(jié)論：

(1)無葉區(qū)壓力脈動最嚴重，主要由動靜干涉引起，在無葉區(qū)由動靜干涉引起的壓力脈動產(chǎn)生后，它會隨之向周圍傳遞，蝸殼會受到其影響；尾水管距離動靜干涉區(qū)域更遠，受到的影響非常小，但尾水管會受到尾水管渦帶的影響，產(chǎn)生低頻壓力脈動。

(2)從不同工況來講，P=3 MW和P=4 MW的工況壓力脈動較為劇烈，小流量工況水流在固定導(dǎo)葉內(nèi)分布不均，隨著水流向后延伸會導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪內(nèi)部產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象，從而產(chǎn)生較大的壓力脈動。大流量工況轉(zhuǎn)輪葉片之間水流分布較為均勻，但是各轉(zhuǎn)輪葉道之間會產(chǎn)生均勻分布的渦結(jié)構(gòu)，從而使得無葉區(qū)產(chǎn)生較大的壓力。

(3)由時域頻域圖可以看出，經(jīng)過變速尋優(yōu)后的工況，壓力脈動情況良好，壓力脈動系數(shù)在整個過程中均處于10%以內(nèi)，變速機組的尋優(yōu)運行路徑使得水泵水輪機總是處于較好的工況點，變速運行有利于水泵水輪機內(nèi)流流態(tài)等的改善。