王治育

（黃河公司隴電分公司 甘肅蘭州 730060）

淺析汛期影響水輪發(fā)電機(jī)出力的因素

王治育

（黃河公司隴電分公司 甘肅蘭州 730060）

簡(jiǎn)介八盤峽水電站汛期來水對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行的影響。具體分析汛期影響水輪發(fā)電機(jī)出力的主要因素，根據(jù)影響因素，提出應(yīng)對(duì)措施。

八盤峽水電站；影響出力；應(yīng)對(duì)措施

八盤峽電站為日調(diào)節(jié)水電站，安裝6臺(tái)單機(jī)容量為36MW的軸流轉(zhuǎn)槳式發(fā)電機(jī)組。水庫具有水庫和河道雙重特性，庫容及調(diào)節(jié)庫容小，上游匯入水庫的干、支流流域水土流失較嚴(yán)重，支流湟水河的流量陡漲陡落變化大、預(yù)見性差，流量不可控。常年來水水質(zhì)較差。每年進(jìn)入汛期后，水庫來水泥沙含量大、裹挾的雜物較多，水質(zhì)進(jìn)一步惡化。水流夾帶著上游各種漂浮物聚集在機(jī)組進(jìn)水口附近，當(dāng)漂浮物的聚集達(dá)到一定量時(shí)機(jī)組進(jìn)水口攔污柵前后水位差增大，降低水輪機(jī)的工作水頭，使機(jī)組的出力大大降低；部分雜物經(jīng)攔污柵孔進(jìn)入機(jī)組蝸殼，造成運(yùn)行機(jī)組流道中過水面積的減少和水輪機(jī)水力不平衡，影響機(jī)組的安全運(yùn)行；或進(jìn)入機(jī)組蝸殼的雜物夾在機(jī)組導(dǎo)葉之間造成機(jī)組導(dǎo)葉連桿破斷或?qū)~彈簧連桿彎曲變形，造成機(jī)組無法完成自動(dòng)停機(jī)流程，迫使需要停機(jī)的機(jī)組重新開機(jī)并網(wǎng)，此時(shí)機(jī)組運(yùn)行振動(dòng)、擺度加劇，易出現(xiàn)軸瓦溫度升高的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響電站的安全運(yùn)行?，F(xiàn)結(jié)合汛期的特點(diǎn)對(duì)影響水輪發(fā)電機(jī)出力的因素進(jìn)行分析。根據(jù)各個(gè)影響因素，采取應(yīng)對(duì)措施。

無論何種類型的水輪發(fā)電機(jī)均是利用水流能量通過對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)輪輪葉做功，達(dá)到能量轉(zhuǎn)換的目的。水輪發(fā)電機(jī)的功率N=9.81QHN，所以在機(jī)組設(shè)備健康水平較高的情況下，影響水輪發(fā)電機(jī)組出力的因素是：流經(jīng)水輪機(jī)的流量Q，有效工作水頭H，水輪發(fā)電機(jī)的效率N及其它生產(chǎn)方式產(chǎn)生的限制。

1 影響水輪機(jī)進(jìn)水流量Q的因素

（1）水庫來水水質(zhì)差出現(xiàn)運(yùn)行機(jī)組攔污柵壓淤塞嚴(yán)重，流入水輪機(jī)的流量相對(duì)減小，引起水輪發(fā)電機(jī)出力下降。

（2）機(jī)組蝸殼內(nèi)進(jìn)入雜物，運(yùn)行機(jī)組流道過水面積減少和出現(xiàn)水力不平衡現(xiàn)象；機(jī)組導(dǎo)葉間夾有雜物或由于樹木，雜草等雜物堆砌在蝸殼內(nèi)致使機(jī)組導(dǎo)葉無法操作，進(jìn)入轉(zhuǎn)輪室的流量減?。粰C(jī)組導(dǎo)葉間隙調(diào)整不一致，導(dǎo)葉軸套和端面間夾有異物，調(diào)整導(dǎo)葉開度時(shí)，導(dǎo)葉動(dòng)作不一致，出現(xiàn)水力不平衡，引起水輪發(fā)電機(jī)出力下降。

2 影響工作水頭H的因素

（1）運(yùn)行機(jī)組攔污柵壓差增大，運(yùn)行機(jī)組做功的工作水頭減小，即水能的勢(shì)能減小，根據(jù)能量守恒定律，產(chǎn)生能量轉(zhuǎn)換的動(dòng)能也減小，引起水輪發(fā)電機(jī)出力下降。

（2）根據(jù)防洪需求上游水庫水位下降；下游電站高水位運(yùn)行雍高電站尾水水位；全站大流量運(yùn)行電站機(jī)組都開機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，機(jī)組導(dǎo)葉處于全開位，機(jī)組過流量大或電站泄洪閘開啟排水泄洪，電站尾水水位升高，運(yùn)行機(jī)組做功的有效工作水頭減小，引起水輪發(fā)電機(jī)出力下降。

3 影響機(jī)組效率N的因素

水輪機(jī)效率N是水輪機(jī)能量轉(zhuǎn)換能力的大小，是衡量水輪發(fā)電機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要指標(biāo)之一，但水輪機(jī)不可能將水能全部有效的轉(zhuǎn)換成機(jī)械能傳遞給發(fā)電機(jī)組。這是因?yàn)樗啓C(jī)在工作過程中會(huì)產(chǎn)生能量損失。根據(jù)損失的特性，可分解為：容積損失，水力損失，機(jī)械損失。相應(yīng)于各類損失的效率分別稱為容積效率Nr，水力效率Ns，機(jī)械效率Nj。水輪機(jī)的總效率N等于其容積效率Nr，水力效率Ns，機(jī)械效率Nj的乘積。

（1）容積損失：在軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組中，進(jìn)入水輪機(jī)的流量Q不可能全部進(jìn)入轉(zhuǎn)輪做功，其中有一小部分會(huì)從水輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分與固定部分之間的縫隙中漏損了，這部分損失稱為容積損失。由于電站水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪及葉片長(zhǎng)期處于較差的水質(zhì)中運(yùn)行，不斷受到氣蝕和泥沙磨損的作用，出現(xiàn)轉(zhuǎn)輪葉片變小或掉角現(xiàn)象，增大了電站水輪機(jī)的容積損失，降低了效率Nr。

（2）水力損失：水輪機(jī)工作時(shí)，水流流經(jīng)引水部件，導(dǎo)水部件，轉(zhuǎn)輪和尾水管等過流部件。為克服過流部件的各種水力阻力（水流的沿程摩擦損失和局部的撞擊，漩渦，脫流等）所引起的水頭損失，稱為水頭損失。長(zhǎng)期運(yùn)行的機(jī)組期過流部件表面隨著氣蝕及過流部件堆砌異物，增大了水輪機(jī)的水力損失，降低了效率Ns.

（3）機(jī)械損失：水流傳給水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的有效功率不能完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出，其中有一小部分消耗在各種機(jī)械損失上，稱為機(jī)械損失。如機(jī)組軸承和軸封處的摩擦損失，主軸密封面的摩擦損失等。水輪機(jī)振動(dòng)增大也會(huì)增大水輪機(jī)的機(jī)械損失，降低效率Nj。運(yùn)行機(jī)組的摩擦損失是不可避免的。

為了提高機(jī)組效率N，力求水輪機(jī)長(zhǎng)期處于高效率區(qū)運(yùn)行，必須使機(jī)組出力、流量、工作水頭達(dá)到一定的匹配關(guān)系。只有當(dāng)流量滿足“無撞擊進(jìn)口”和“法向出口”的條件時(shí)，水輪機(jī)水力損失才達(dá)到最小，效率最高。但這種最優(yōu)工況是流量，水頭，轉(zhuǎn)速在特定條件下形成的，實(shí)際運(yùn)行中水輪機(jī)的工作水頭和流量總是變化的，不可避免的要偏離最優(yōu)工況。出現(xiàn)偏離最優(yōu)工況時(shí)水輪機(jī)水力損失增大，機(jī)組振動(dòng)增大，機(jī)械損失也增大，機(jī)組效率也就會(huì)下降。所以應(yīng)盡量維持機(jī)組在額定工況下運(yùn)行，始終保持導(dǎo)葉開度和輪葉角度協(xié)聯(lián)，力求機(jī)組在最優(yōu)工況下運(yùn)行。

4 其他影響發(fā)電機(jī)出力的因素

機(jī)組主輔設(shè)備的缺陷使水輪發(fā)電機(jī)的出力受到影響；環(huán)境溫度升高，發(fā)電機(jī)組冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)水溫、油溫上升，機(jī)組定子鐵芯、線圈或軸瓦溫度升高等現(xiàn)象也影響水輪發(fā)電機(jī)的出力；特殊的運(yùn)行方式，如水庫限水位、電網(wǎng)限負(fù)荷、調(diào)頻調(diào)壓等因素也會(huì)限制發(fā)電機(jī)的出力。

5 應(yīng)對(duì)措施

結(jié)合上述原因的分析，在汛期保證機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行應(yīng)采取如下措施：

（1）機(jī)組攔污柵壓差測(cè)報(bào)及時(shí)清污，減少水頭損失。加強(qiáng)對(duì)機(jī)組進(jìn)水口攔污柵壓差監(jiān)視，根據(jù)壓差變化及時(shí)調(diào)整負(fù)荷，聯(lián)系調(diào)度申請(qǐng)停機(jī)清污，來水漂浮物較多時(shí)，聯(lián)系調(diào)度利用泄洪將污物順利排至下游。以減小該機(jī)組的水頭損失，提高效率。

（2）運(yùn)行人員監(jiān)視上游水位變化做到工作中勤聯(lián)系，勤調(diào)整，使機(jī)組工作水頭保持最佳，提高水輪發(fā)電機(jī)組的效率。

（3）提高巡檢質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)缺陷及時(shí)聯(lián)系處理，確保運(yùn)行機(jī)組設(shè)備健康水平。

（4）提高機(jī)組檢修質(zhì)量，有效完成對(duì)檢修機(jī)組過流部件的磨損進(jìn)行檢查和補(bǔ)焊處理，減小水力損失，達(dá)到效率提高的目的。

（5）優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行方式，合理分配機(jī)組負(fù)荷，選擇機(jī)組最優(yōu)工況區(qū)域，盡力保證機(jī)組在此工況下連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

6 結(jié)語

汛期影響水輪發(fā)電機(jī)出力的因素較多，最突出的因素是上游來水水量增大、水質(zhì)惡化，發(fā)電機(jī)長(zhǎng)周期連續(xù)運(yùn)行，出現(xiàn)的問題不能得到有效的處理，增加了影響安全運(yùn)行的不確定因素。在運(yùn)行維護(hù)工作中采取多種行之有效的技術(shù)和管理措施，分析、掌握設(shè)備運(yùn)行工況，探索創(chuàng)新，才能更好的克服不利因素，提高機(jī)組的出力，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]劉大凱.水輪機(jī)[M].河南：水利電力出版社，1997：41～45.

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1004-7344（2016）03-0106-01

2016-1-10

王治育（1976-），男，漢族，甘肅永靖人，運(yùn)行技師，從事電廠運(yùn)行維護(hù)工作。