水电站运行安全问题一直是水利水电行业关注的重点。随着社会经济的持续发展以及科学技术的不断进步,水电站装机容量不断增大导致机组和厂房结构向大型化和复杂化方向迈进,而结构在运行过程中的振动问题亦愈加显著。针对机组及厂房结构在过渡过程中因振动引起的运行安全性问题,为了充分认识该结构在水电站实际运行过程中所呈现的动态特性,深入了解其在水力发电系统瞬态运行情况下的振动规律,进而能够实现对水电站在运行过程中结构动力响应特性进行监测和预报,本文以水电站水力发电系统为研究对象,通过Fortran语言编程和Ansys软件二次开发功能建立包含引水子系统、水轮机子系统、调速子系统、发电机子系统、励磁子系统、机组及厂房结构子系统和可倾瓦导轴承支承子系统在内的水-机-电-结构系统动力学模型,采用数值方法研究了机组和厂房结构在过渡过程中的动力响应特性,从而对其出现的各种振动状况做出准确判断。论文的主要研究内容如下:(1)通过对以往各子系统模型研究成果的总结和分析,基于Ansys软件的二次开发功能和Fortran语言程序,利用子系统之间关键参数的联系建立了水-机-电-结构系统动力学模型。该模型可以较好地模拟水电站运行过程中如开机、增减负荷等多种工况,分析多系统耦联情况下水、机、电参数的变化规律和结构动力响应的动态特性,从而为水电站运行安全评价和控制奠定坚实理论和方法基础。(2)为实现水轮机特性曲线在水力过渡过程中的合理应用,进而为水机电耦联过渡过程建模求解提供数据保障,通过人工拓展和神经网络拟合相结合的方式获取重构后的水轮机全特性曲线。基于相关文献特性曲线拓展经验,采用径向基函数方法对水轮机特性曲线进行了数据的拓展和拟合。数值计算结果表明,在不显著增加计算时间的前提下,采用本文方法对水轮机特性曲线进行延拓可以克服仅利用神经网络拟合存在的学习样本点过少的缺陷,可使重构后的曲线更加可靠。(3)在上述研究的基础上,采用有限差分、有限元等方法对水电站开机工况进行了数值模拟。相关计算结果较好地反映了大波动过程中水电站各系统参数的变化规律以及机组结构在该过程中所呈现的一系列动力响应特性,验证了模型及计算方法的合理性和有效性。(4)同样基于上述模型,对水电站突增负荷工况(5%-10%)的波动过渡过程进行了数值模拟,研究了水电站水、机、电系统参数在此期间的变化规律,及在此过程中水、机、电不同振源影响下所产生的动荷载,考虑了尾水压力脉动在此过程中对厂房结构的影响。分析了机组轴系结构和厂房楼板结构在小波动过渡过程中的振动特性,取得了一些规律性的认识和有益的结论。