張勇

【摘 要】水電站進(jìn)水口攔污柵銹蝕和堵塞嚴(yán)重影響著水輪發(fā)電機(jī)組的出力，由于攔污柵、轉(zhuǎn)輪選型會(huì)對(duì)水頭造成損失，并給機(jī)組帶來一定的影響。因此必須要綜合考慮到電站綜合情況，對(duì)機(jī)組運(yùn)行的特點(diǎn)進(jìn)行分析，從而制定措施來降低水頭損失對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響。本文對(duì)水頭損失對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響進(jìn)行研究，并提出自己的一些建議。

【關(guān)鍵詞】水頭損失 機(jī)組運(yùn)行 影響

1 引言

綠水河電站的水輪機(jī)組已運(yùn)行了40年以上，電站投運(yùn)初期由于河流泥沙含量重，且攜帶大量金屬礦物質(zhì)，機(jī)組過流部件磨損非常嚴(yán)重，一套過流部件使用一個(gè)汛期后，其表面已被磨損的象蜂窩狀，不能再使用，在大修時(shí)必須更換，由于水質(zhì)原因使得導(dǎo)葉和頂蓋、底環(huán)磨損嚴(yán)重，配合間隙變大，另一方面，技改過程中，轉(zhuǎn)輪更換后，采取了副頂蓋低壓腔供水方式，雖然降低了廠用電率，同時(shí)機(jī)組的水頭損失也增加了。

2 基本概況

電站引綠水河水發(fā)電，廠房位于紅河左岸階地上，綠水河二級(jí)電站是徑流式電站，二級(jí)電站裝有有四臺(tái)機(jī)組，總裝機(jī)容量57.5MW。二級(jí)電站#1水輪機(jī)型號(hào)為2CJ20-W-146/2x15，額定水頭：305米，額定流量：5.33m3/s，額定轉(zhuǎn)速：500rpm，額定出力：13 MW；發(fā)電機(jī)型號(hào)：TSW-286/115-12，某電機(jī)廠生產(chǎn)。#2-#4水輪機(jī)型號(hào)：HL006-LJ-140，水頭：305米，額定流量：6.02m3/s，額定轉(zhuǎn)速：750rpm，額定出力：15.63 MW；發(fā)電機(jī)型號(hào)：TSW-286/115-12，均為重慶水輪機(jī)廠制造。二級(jí)電站壓力管道采用地下埋管布置，總長1289.42m。整條管道分三段平洞和二段斜井，其中#1平洞段總長40.778m，鋼管直徑均為2.8m；#1斜井段鋼管直徑分為2.8m和2.4m，2.8m管徑段長134.222m，2.4m管徑段長192.371m；#2平洞段長284.215m，管徑為2.6m；2#斜井段長171.751m，鋼管直徑為2.6m；3#平洞段總長466.088m，鋼管直徑均為2.25m。

綠水河電站的特點(diǎn)：（1）24h內(nèi)出力基本不變，適宜擔(dān)負(fù)電力系統(tǒng)的基底負(fù)荷。（2）年內(nèi)各月電量變化大，枯水期電量明顯少于汛期。（3）棄水多，徑流式水電站的水量利用系數(shù)一般較低。（4）徑流式水電站的機(jī)組若遇洪水特別大，機(jī)組尾水上升，1號(hào)機(jī)坑水位不應(yīng)超過142.85m，如果水位上升至142.90m，應(yīng)停止1號(hào)機(jī)運(yùn)行，#2、3、4機(jī)視紅河水位上升情況逐步停止運(yùn)行；紅河水位升高而達(dá)不到額定出力，甚至不能發(fā)電。

3 水頭過低對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響分析

水頭變化范圍增大， 在供水后期和蓄水初期水輪機(jī)便處于低水頭條件下運(yùn)行。“任何一種水輪機(jī)其適用水頭都有一定的范圍，當(dāng)水頭過低，將導(dǎo)致水輪機(jī)效率和出力顯著下降，低負(fù)荷運(yùn)行易產(chǎn)生水力共振并對(duì)機(jī)組過流部件造成氣蝕。此時(shí)，其他類型水力振動(dòng)所占比重較小，甚至不能穩(wěn)定運(yùn)行[1]?！币虼嗽诖_定水庫消落深度時(shí)，必須考慮水輪機(jī)的技術(shù)性能要求。混流式水輪機(jī)只在一定的范圍內(nèi)能夠穩(wěn)定運(yùn)行是其固有的特征之一，下圖1、2為混流式水輪機(jī)運(yùn)行特性、壓力脈動(dòng)曲線，對(duì)應(yīng)某一恒定轉(zhuǎn)速，在能量——流量坐標(biāo)系上繪出了等效率圈和導(dǎo)葉等開度線。水輪機(jī)工況由其最優(yōu)效率下單位水能a和單位流量b確定，某一工況的額定單位水能c可能不同于最優(yōu)工況下的單位水能。

圖1 綠水河混流機(jī)特性曲線及尾水壓力脈動(dòng)

圖2 常規(guī)壓力脈動(dòng)隨導(dǎo)葉開度的變化趨勢(shì)

機(jī)組持續(xù)運(yùn)行范圍受下列因素限制：導(dǎo)葉量小于開度d，導(dǎo)葉最大開度e，最大水頭f。最小水頭g和發(fā)電量的最大功率。由上圖看出，在最優(yōu)水頭H附近，隨著流量Q的增加（或負(fù)荷的增加）混流式水輪機(jī)將依次經(jīng)過極小負(fù)荷區(qū)①、部分負(fù)荷脈動(dòng)區(qū)②、高負(fù)荷脈動(dòng)區(qū)③、穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)④和超負(fù)荷不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)⑤。

4 綠水河電站機(jī)組特性綜合分析

綠水河電廠是徑流式電站，故負(fù)荷調(diào)節(jié)比較頻繁，枯期機(jī)組常運(yùn)行在禁止運(yùn)行區(qū)、限制運(yùn)行區(qū)，在禁止運(yùn)行區(qū)，機(jī)組振動(dòng)劇烈、噪音大，實(shí)際運(yùn)行中，此區(qū)應(yīng)快速穿越；在限制運(yùn)行區(qū)，機(jī)組不宜長期運(yùn)行。#4水輪機(jī)綜合特性曲線圖3所示：

圖3 #4水輪機(jī)綜合特性曲線

圖4 沖擊式水輪機(jī)CJ20的模型結(jié)合特性曲線

圖4所示，渦帶一般發(fā)生在導(dǎo)葉開度為40%—70%區(qū)間內(nèi)，而水輪機(jī)壓力脈動(dòng)最大值發(fā)生在半負(fù)荷區(qū)，其原因是此時(shí)水流圓周速度分量和渦核偏心距最大。

“尾水錐管壓力脈動(dòng)是反映水輪機(jī)穩(wěn)定性最重要的指標(biāo)之一，而且這一指標(biāo)不會(huì)隨著機(jī)組維修重大發(fā)生改變的改變，僅僅與機(jī)組的運(yùn)行條件有關(guān)[2]?！彼畬?dǎo)擺度值雖然隨著機(jī)組的維修，導(dǎo)軸承軸瓦間隙的變化，但大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)表明，尾水管內(nèi)渦帶發(fā)生后，受其影響最大和最敏感的就是水導(dǎo)擺度值；振擺裝置及壓力脈動(dòng)裝置的使用，成為運(yùn)行人員工作中的重要參考指標(biāo)。

“過流部件的磨損嚴(yán)重對(duì)機(jī)組運(yùn)行的禁止運(yùn)行區(qū)、限制運(yùn)行區(qū)會(huì)造成一定的影響，這就要求我們運(yùn)行值班員在機(jī)組運(yùn)行過程中，細(xì)心觀察機(jī)組 特性總結(jié)出各臺(tái)機(jī)組合理運(yùn)行區(qū)域[3]?！?/p>

汛期運(yùn)行人員應(yīng)及時(shí)觀察柵前柵后水位差值，當(dāng)攔污柵前后水位差超過0.5m后，應(yīng)立即清理攔污柵柵前渣物。攔污柵前后壓差達(dá)到2m后，必須停機(jī)撈渣，停機(jī)后檢查攔污柵結(jié)構(gòu)，觀察是否有變形損傷。采取措施如鋪設(shè)漂浮帶或開清污機(jī)打撈雜物等手段減少柵前、柵后水位差，達(dá)到減少水頭損失的目的。

5 結(jié)語

通過科學(xué)調(diào)度，確保合理水位，使水庫不棄水或少棄水，使機(jī)組長期在經(jīng)濟(jì)狀態(tài)下運(yùn)行。

“（1）發(fā)電企業(yè)要通過自身水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)等科學(xué)的手段，加強(qiáng)硬件的投入，較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)流域來水趨勢(shì)，掌握水庫調(diào)度方向，做到心中有數(shù)[4]；”（2）要加強(qiáng)水情數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析工作，使分析工作規(guī)范化、制度化和日?；訌?qiáng)分析統(tǒng)計(jì)人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)和工作責(zé)任心，為更好地預(yù)測(cè)流域來水趨勢(shì)提供優(yōu)良的“軟件”；“（3）要建立優(yōu)化調(diào)度工作機(jī)制，將優(yōu)化調(diào)度納入日常工作，提出機(jī)組備用及運(yùn)行的中短期策略，做出最佳運(yùn)行方案，并落實(shí)到每天的運(yùn)行方式上，落實(shí)到發(fā)電運(yùn)行的時(shí)間點(diǎn)、負(fù)荷率和耗水率上[5]；”（4）要做好機(jī)組的檢修工作，充分利用枯水期把設(shè)備修好保養(yǎng)好，確保豐水期機(jī)組滿負(fù)荷發(fā)電，等效可用系數(shù)100%，特別要做好水庫不棄水或少棄水的預(yù)案；（5）要充分的經(jīng)常的與調(diào)度部門聯(lián)系，“將企業(yè)的最佳運(yùn)行方式與意圖進(jìn)行溝通，水情預(yù)測(cè)和分析成果進(jìn)行共享，并取得理解和支持[6]，”要在確保電網(wǎng)安全與調(diào)峰的情況下達(dá)到最佳的水能利用率，達(dá)到電網(wǎng)安全調(diào)度與水庫最佳運(yùn)行這一對(duì)矛盾的和諧統(tǒng)一、雙贏共贏。

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