23 rd IAHR Symposium - Yokohama October 2006 1 (14) Overload Surge Event in a Pumped-Storage Power Plant Jiri KOUTNIK Voith Siemens Hydro Power Generation GmbH, Germany jiri.koutnik@vs-hydro.com Christophe NICOLET Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, Switzerland christophe.nicolet@epfl.ch Gerald A. SCHOHL Tennessee Valley Authority, USA gaschohl@tva.gov François AVELLAN Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, Switzerland francois.avellan@epfl.ch Keywords: pump-turbine, stability analysis, full-load surge, transient. Abstract At full load, pump-turbines operating in generating mode may experience a cylindrical cavitation vortex rope caused by the swirling flow in the draft tube cone. Under certain conditions, this vortex rope initiates both pressure and power oscillations. The hydro-acoustic analysis of a pumped storage plant experiencing such pressure and power oscillation is presented to illustrate the self induced oscillation nature of the observed event. The main physical parameters of the system stability are first introduced using a simplified 1D mathematical model of the full-load vortex rope. Then, a modal analysis of the full hydraulic circuit is performed to determine the stability domain of the plant as a function of the vortex rope parameters. Finally, a full hydro-acoustic SIMSEN model of the plant, validated with existing experimental data, is used to simulate the time sequence of the pressure surge event, and the cause of this pressure surge event is clearly identified. Résumé A pleine charge, les pompes-turbines fonctionnant en turbine peuvent présenter une torche de cavitation résultant de la pré-rotation de l’écoulement à la sortie de la roue. Sous certaines conditions, la torche de pleine charge génère alors des oscillations de pression et de puissance. L'analyse hydro-acoustique d'une centrale de pompage soumise à de telles oscillations de pression et de puissance est présentée pour mettre en évidence la nature auto-induite des oscillations observées lors de l'évènement. Les principaux paramètres physiques relatifs à la stabilité du système sont tout d'abord introduits à l'aide d'un modèle mathématique monodimensionnel simplifié de la torche de forte charge. Une analyse modale du circuit hydraulique dans son ensemble permet alors de déterminer les domaines de stabilité de la centrale en fonction des paramètres de la torche de cavitation. Ensuite, le modèle hydro- acoustique complet de la centrale est développé au moyen du logiciel SIMSEN. Après validation avec des mesures existantes, l'évolution temporelle des surpressions survenues au cours de l'événement est simulée et les causes de ces surpression clairement identifiées.