摘 要：針對目前應(yīng)用越來越廣泛的燈泡貫流式水輪機組，在簡述機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)協(xié)聯(lián)關(guān)系原理和特點的基礎(chǔ)上，結(jié)合某電站實際情況，提出手動破壞和水頭修改兩種調(diào)整方式，并對調(diào)整后機組的實際運行情況進行試驗、總結(jié)，得出通過對協(xié)聯(lián)曲線的合理修改，能保證機組安全、可靠運行，使各個運行參數(shù)都滿足實際要求的結(jié)論，為該機組的進一步興建和使用奠定良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：燈泡貫流式水輪機組；機組運行；協(xié)聯(lián)曲線；曲線修改

中圖分類號：TK733.8 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）36-0093-02

前 言

近幾年，我國很多江河都在新建燈泡貫流式水輪機組，這種機組具有的大流量與低水頭等特征，使機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)難以穩(wěn)定運行，而且河道區(qū)段中的水流不斷變化，水頭容易損失，使機組實際運行情況受到影響，危及機組運行的穩(wěn)定性與安全性。因此，怎樣找到正確切入點，有效解決上述實際問題，保證機組良好運行，是相關(guān)技術(shù)人員必須盡早攻克的難題。

1 系統(tǒng)協(xié)聯(lián)關(guān)系

機組導葉和輪葉之間的關(guān)系具備一定協(xié)聯(lián)特性，即當導葉的角度達到某值后，效率曲線中高效區(qū)變窄，機組的輪葉為可調(diào)，各輪葉均有和之良好配合的角度，各輪葉角度對應(yīng)高效區(qū)，也有與之相對應(yīng)的開度，導葉和輪葉之間保持協(xié)聯(lián)關(guān)系，當水頭發(fā)生變化時，輪葉角度和導葉開度間將有不同協(xié)聯(lián)。其中，協(xié)聯(lián)關(guān)系即為對各種水頭條件下不同協(xié)聯(lián)組合進行的真實反映，可用曲線的形式表達[1]。

水輪調(diào)節(jié)系統(tǒng)當中，槳葉和導葉之間的協(xié)聯(lián)關(guān)系可用程序予以實現(xiàn)。通常，協(xié)聯(lián)曲線主要由廠家來提供，運行過程中是否達到最優(yōu)，還要在現(xiàn)場進行不斷探索與總結(jié)。

考慮到導葉接力器占據(jù)主導地位，所以可先通過運算確定調(diào)速器對應(yīng)的導葉開度，然后根據(jù)運行水頭，確定槳葉開度，由于協(xié)聯(lián)曲線相對平臺，所以在急劇變化段，需要縮短接點間距離，實際運行過程中，為達到理想效果，應(yīng)充分考慮實際情況，校正協(xié)聯(lián)曲線。

機組導葉和槳葉保持的協(xié)聯(lián)關(guān)系，于設(shè)計過程中通常要按照現(xiàn)有手冊進行，原則上初步設(shè)計成最佳的運行模式。實際運行過程中，采用程序運算之后，根據(jù)平滑曲線，水輪機在各種水頭條件下的協(xié)聯(lián)曲線如圖1所示。

機組運行時，因汛期流量及其變化具有不確定性，且機組進口部位有大量雜物堆積，所以會發(fā)生水頭損失，調(diào)節(jié)系統(tǒng)于原定協(xié)聯(lián)關(guān)系進行運行，考慮到水頭的損失在各電站及江河水系有很大不同，設(shè)計過程中難以顧及，使機組運行于非協(xié)聯(lián)情況，此時機組的擺度與振動將明顯增大，也會產(chǎn)生異響，且出力明顯降低。上述問題均為該機組常見問題。

2 協(xié)聯(lián)曲線修改試驗與應(yīng)用

從電站角度講，機組實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電以后，設(shè)計想要達到的性能及效果將開始受到測試。怎樣通過對可調(diào)參數(shù)的合理改變，來保證機組進入最佳運行狀態(tài)，是全體技術(shù)人員必須面對和解決的問題。基于現(xiàn)有條件，對機組聲音、出力、振動及擺度和流態(tài)等實施初步分析，并在每改變一次參數(shù)后進行試驗，以此確定最佳的運行工況[2]。

2.1 手動破壞協(xié)聯(lián)關(guān)系

此協(xié)聯(lián)關(guān)系即調(diào)速器所用運行方式從自動改成手動，再執(zhí)行定導葉和變槳葉，確定導葉有限高效區(qū)對應(yīng)的最佳開度。該試驗同時也是對機組最佳運行方式進行的測試，能對廠試驗確定的數(shù)據(jù)予以修訂或校核。以某電站為例，其在14d內(nèi)，每日在流量保持在700m3/s的情況下，使壩前水位處于1550.83～1550.93m范圍內(nèi)，而尾水位處于1541.15～1541.25m范圍內(nèi)，使導葉保持不變，僅改變槳葉的角度。在這種流量、水位、水頭及開度均保持不變，僅增加槳葉開度實際情況下，人為將與8m相對應(yīng)的曲線沿水平方向移動5°，所得曲線見圖2。機組出力在試驗過程中明顯提高，而且機組其它性能也得以一定程度的改善，包括聲音、振動和擺度。

2.2 協(xié)聯(lián)水頭改變

根據(jù)現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范具體要求，協(xié)聯(lián)水頭主要由水力檢測系統(tǒng)中的側(cè)壓裝置送到控制部分，再按照預設(shè)協(xié)聯(lián)關(guān)系進行自動調(diào)節(jié)，以其它流域機組運行經(jīng)驗為依據(jù)，設(shè)置并采用自動調(diào)節(jié)裝置對導葉和槳葉進行協(xié)聯(lián)。

其主要存在以下幾個問題：

（1）水力特點的存在會使流動時頻繁產(chǎn)生水擊，導致流道中出現(xiàn)正負水錘，導致調(diào)速系統(tǒng)無法保持穩(wěn)定，產(chǎn)生停機或大波動，使機組和用戶都面臨很大損失。

（2）在水力監(jiān)測過程中，沉淀與泥沙對壓差表造成堵塞，這是一個始終未能有效解決的問題，并且在處理時必須停機和排水，少則數(shù)時，多則數(shù)日，經(jīng)濟性極差[3]。

（3）因一年中水質(zhì)持續(xù)變化，并且還有伴隨環(huán)境發(fā)生變化的特點，根據(jù)壓差傳感得出的水頭，其偏差變化范圍難以達到調(diào)速器基本要求。

由于存在上述實際問題，使很多機組采用協(xié)聯(lián)水頭進行自動協(xié)聯(lián)很難得到應(yīng)用。水站建于干流之上，在汛期水質(zhì)很差，所以裝置暫時無法投入實際運行。對此，現(xiàn)采用人為調(diào)節(jié)的方法對機組實際運行工況予以改變，從而達到預期的性能。在14d內(nèi)，每日在流量保持在600m3/s的情況下，使壩前水位處于1550.91～1551.01m范圍內(nèi)，而尾水位處于1541.52～1541.62m范圍內(nèi)，對系統(tǒng)設(shè)定的水頭進行改變。

在運行過程中，最大和最小凈水頭分別為8.33m、7.70m，均值7.84m。由此可知，毛水頭和凈水頭之間有一定偏差，產(chǎn)生損失的現(xiàn)象，所以在相同時段中進行水頭改變，也就是將曲線中的水頭值采用人為的方法抬高，對導葉和槳葉之間的協(xié)聯(lián)關(guān)系進行平移，運行點從a移至b，如圖3所示。在試驗過程中發(fā)現(xiàn)，機組出力明顯增加，而且其它效果也都較為明顯。

事實上，以上兩種方式能發(fā)揮出相同的效果，均可理解成對機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)對應(yīng)的協(xié)聯(lián)曲線進行修改?；诖?，根據(jù)試驗結(jié)果，對應(yīng)用效果作如下分析：

（1）在發(fā)電量方面：從上述試驗的結(jié)果可以看出，水情和運行工況均保持不變的情況下，機組的出力從額定值86.74%增加到88.77%，根據(jù)4臺機組一整年運行數(shù)據(jù)可知，能增加近1.152千萬kW·h的實際發(fā)電量。

（2）在振動和擺度方面：從上述試驗的結(jié)果可以看出，在試驗前和試驗后，機組中關(guān)鍵部分產(chǎn)生的振動減少可達49μm，根據(jù)機組振動及相關(guān)分級標準表，能減少近16%的運行振動；而徑向軸承減少約35μm，換算后，能減少11%左右的振動。此外，其它部分發(fā)生的振動也有所減小，在改善實際運行工況的基礎(chǔ)上，延長機組使用壽命。

（3）在機組運行聲音方面：對協(xié)聯(lián)水頭進行適當改變后，機組實際運行過程中的聲音狀況得以顯著改善，滿足相同類別機組實際要求[4]。

3 結(jié)束語

對于燈泡貫流式誰輪機組，它在我國出現(xiàn)的時間還很短，而這一機組用于干流的時間則更短，此類機組的結(jié)構(gòu)功能設(shè)計、安裝和運行都處在摸索及完善階段。該機組具有大流量和低水頭等特征，可在多數(shù)河段上進行建設(shè)和運行，但這樣也使機組本身對水頭發(fā)生的損失及流態(tài)發(fā)生的變化較為敏感，導致機組運行過程中容易產(chǎn)生振動、異響，并使出力降低，此即為相同類型機組普遍難題。實際使用這種機組的電站，在運行過程中也頻頻發(fā)生以上問題，相關(guān)技術(shù)人員開始著手研究分析，經(jīng)觀察分析后，確定將改變調(diào)節(jié)系統(tǒng)與設(shè)定合適的協(xié)聯(lián)水作為改進切入點，開展試驗、摸索與整定，保證機組實際運行工況得以有效改善，提高機組運行效率，起到顯著的效果。目前這一方面在當前已經(jīng)取得顯著進展，為干流上此類機組實際運行奠定了良好基礎(chǔ)，進而獲得了極好的綜合效益。

參考文獻

[1]張 飛，陳俊鋒.燈泡貫流式水輪機出力提升方案研究[J].中國水利水電科學研究院學報，2016，14（3）：219～223.

[2]王 培，岳青松，楊立勇.優(yōu)化低負荷段協(xié)聯(lián)參數(shù)改善燈泡貫流式水電機組性能[J].四川水力發(fā)電，2017（6）：103～106.

[3]許惠敏.燈泡貫流式水輪機導葉、槳葉協(xié)聯(lián)變化的關(guān)系和消除振動方法[J].西北水電，2012（6）：67～69.

[4]楊熙光，李正貴.基于PLC控制系統(tǒng)貫流式水輪機協(xié)聯(lián)曲線應(yīng)用[J].甘肅科學學報，2015，27（4）：110～113.

收稿日期：2018-11-17

作者簡介：余 翀（1985-），男，助理工程師，本科，主要從事水電廠發(fā)電運行及維護工作。