李星偉

摘要：水輪發(fā)電機(jī)組作為水電廠水能動(dòng)力發(fā)電的重要設(shè)施，水輪發(fā)電機(jī)屬于關(guān)鍵的構(gòu)成部分，確保且運(yùn)行的穩(wěn)定性？，無(wú)論在電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)，還是水電站運(yùn)行安全方面，均產(chǎn)生很大的影響。如何確保其運(yùn)行的穩(wěn)定性變得十分關(guān)鍵。本文通過(guò)以xx地區(qū)水電站為例，分析了水能動(dòng)力發(fā)電中水輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定性的影響因素，提出了提升水輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定性的合理對(duì)策。此研究以分析水能動(dòng)力發(fā)電中水輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定性的影響因素及應(yīng)對(duì)措施為目的，從而有效發(fā)揮出水輪發(fā)電機(jī)組的作用。

關(guān)鍵詞：水能動(dòng)力發(fā)電；水輪發(fā)電機(jī)組；穩(wěn)定性；影響因素；應(yīng)對(duì)措施

前言：

對(duì)于水能動(dòng)力發(fā)電中的水輪發(fā)電機(jī)組而言，經(jīng)常會(huì)受到各類(lèi)不同因素的干擾和影響，導(dǎo)致其穩(wěn)定性沒(méi)有達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其中，無(wú)論是電氣、機(jī)械，還是流體等，均是其中主要的影響因素，面對(duì)此種情況，基于確保水能動(dòng)力發(fā)電的運(yùn)行穩(wěn)定性的目的，應(yīng)深入探究與分析其中的影響因素，同時(shí)提出科學(xué)的處理對(duì)策，此項(xiàng)舉措具有重要的研究意義和實(shí)踐價(jià)值。

一、xx地區(qū)水電站概況簡(jiǎn)介

xx水電站地處漢江的中游河段位置，周?chē)荷江h(huán)繞，壩址控制流域面積達(dá)15.8萬(wàn)km2，其平均流量1010m3/s，其中夏季時(shí)的徑流量占據(jù)了一整年的54%。表現(xiàn)出洪水峰高量較大的特點(diǎn)。整個(gè)水電站的樞紐工程涵蓋了混凝土重力壩、變電站、廠房及相關(guān)設(shè)施等部分。攔河壩按500年一遇洪水（13600m3/s）設(shè)計(jì)，廠房按200年一遇洪水（12400m3/s）設(shè)計(jì)，泄水建筑物按50年一遇洪水（10300m3/s）設(shè)計(jì)。電站最大壩高116米，壩頂長(zhǎng)度為389.5m，正常蓄水位3310m，具有日調(diào)節(jié)能力。電站采用左側(cè)河床布置6孔溢流壩，右側(cè)河床布置6臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組的壩后式地面廠房方案，并裝設(shè)由國(guó)內(nèi)水電設(shè)備生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的HLA643—LJ-450規(guī)格的水輪機(jī)和型號(hào)為SF85-44/930規(guī)格的發(fā)電機(jī)，相應(yīng)的單機(jī)容量為85MW，目前均已投產(chǎn)發(fā)電。具體相關(guān)指標(biāo)見(jiàn)下表1。

二、水能動(dòng)力發(fā)電中水輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定性的影響因素分析

由于干擾力差異性，影響水輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定性的因素涵蓋三種情況：機(jī)械、水力以及電磁等影響因素[2]。由于產(chǎn)生的原因不一樣，導(dǎo)致形成的振頻也各異，詳情如下表2所示。

（一）機(jī)械因素導(dǎo)致的振動(dòng)現(xiàn)象

對(duì)于由于機(jī)械因素導(dǎo)致的振動(dòng)現(xiàn)象，一般表現(xiàn)為下述幾種情況：（1）機(jī)組的軸線(xiàn)不夠正、對(duì)中的效果不佳；（2）相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)零件在質(zhì)量方面出現(xiàn)失衡的狀況；（3）相應(yīng)的導(dǎo)軸承存在一定的不足；（4）相應(yīng)主軸的密封處理不到位，導(dǎo)致不良情況的出現(xiàn)；（5）有關(guān)靜板不夠平直、相應(yīng)的推力瓦水平度嚴(yán)重不足；（6）相應(yīng)的推力頭出現(xiàn)了松動(dòng)的狀況；（7）有關(guān)導(dǎo)軸瓦的間隙調(diào)控不夠合理化；（8）相應(yīng)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生振擺的情況[3]。

水力因素導(dǎo)致的振動(dòng)現(xiàn)象

對(duì)于水力因素導(dǎo)致的振動(dòng)現(xiàn)象，所產(chǎn)生的原因可謂十分復(fù)雜。受到卡門(mén)渦列的影響，會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)情況發(fā)生。根據(jù)相應(yīng)的水力實(shí)驗(yàn)可知，在流體徑向通過(guò)某個(gè)圓柱物體過(guò)程中，其后面將朝著兩條相互平行直線(xiàn)而形成具有特定間距的單渦，見(jiàn)下圖1。不同單渦采用旋轉(zhuǎn)交替方式被予以釋放，導(dǎo)致圓柱體形成具有周期特征的振動(dòng)情況。

卡門(mén)渦列相應(yīng)振動(dòng)頻率可以采用下述公式（1）進(jìn)行計(jì)算：

同時(shí)，水力不平衡、尾水管渦等因素也會(huì)導(dǎo)致形成振動(dòng)的情況，主要源于尾水管內(nèi)的空腔壓力脈動(dòng)作用而形成。再加上軸流型水輪機(jī)的葉片也會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)作用，使相應(yīng)的導(dǎo)葉開(kāi)度產(chǎn)生變動(dòng)，在具體的開(kāi)度降低至某種程度的時(shí)候，此時(shí)葉片則產(chǎn)生表面的脫流或者空化作用，導(dǎo)致水輪發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)的情況，影響到其穩(wěn)定性[4]。當(dāng)然，針對(duì)具體的運(yùn)作狀況，還可能由于導(dǎo)葉數(shù)與轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)無(wú)法相匹配而導(dǎo)致相應(yīng)的壓力脈動(dòng)情況的發(fā)生。

（三）電磁因素導(dǎo)致的振動(dòng)現(xiàn)象

導(dǎo)致產(chǎn)生振動(dòng)的電磁因素涵蓋很多，比如：空氣相應(yīng)間隙缺少勻稱(chēng)性、轉(zhuǎn)子繞組的短路以及磁極相應(yīng)次序差錯(cuò)等等，進(jìn)而致使磁路出現(xiàn)嚴(yán)重的不對(duì)稱(chēng)情況，產(chǎn)生的磁拉力作用失衡。在某個(gè)磁極相應(yīng)的磁動(dòng)勢(shì)由于受到短路影響變小后，與其相關(guān)的磁極磁動(dòng)勢(shì)卻無(wú)變化，所以產(chǎn)生和轉(zhuǎn)子共同旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的徑向失衡磁拉力作用，形成轉(zhuǎn)子的振動(dòng)情況。

同時(shí)，在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不圓或者擺動(dòng)的情況下，此時(shí)的空氣間隙也不夠勻稱(chēng)，形成單面的失衡磁拉力作用，并在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)影響下，致使空氣間隙產(chǎn)生周期的變動(dòng)。而單邊失衡的磁拉力則圍繞圓周形成周期的移動(dòng)現(xiàn)象，致使機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)，當(dāng)磁電流變大時(shí)，由空氣間隙不夠勻稱(chēng)導(dǎo)致的振動(dòng)情況也更加明顯。

三、提升水輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定性的合理對(duì)策

（一）注重水輪機(jī)規(guī)格型號(hào)的科學(xué)選用

為了確保水輪機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，應(yīng)該做好水輪機(jī)相應(yīng)的水力設(shè)計(jì)工作，確保設(shè)計(jì)的合理性，并且注重水輪機(jī)規(guī)格型號(hào)的科學(xué)選用，處于電站設(shè)計(jì)時(shí)期，嚴(yán)格檢查所選用的不同類(lèi)型水頭的規(guī)格型號(hào)與功能是否達(dá)標(biāo)，進(jìn)而達(dá)到既定的目標(biāo)[5]。顯然，通過(guò)合理選用水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的規(guī)格型號(hào)，能夠保證水頭位置擁有穩(wěn)定、安全的運(yùn)作區(qū)域，降低出現(xiàn)振動(dòng)與裂紋的情況，從而減小其帶給水輪機(jī)的損害。所以，應(yīng)該確保水輪機(jī)的水頭變化的幅度不可過(guò)多，以相應(yīng)的轉(zhuǎn)速作為選用的參考因素，同時(shí)結(jié)合水頭的變化、水質(zhì)的情況、負(fù)荷可調(diào)控的區(qū)間、水輪發(fā)電機(jī)組的數(shù)量等因素予以合理選用。

（二）加大運(yùn)作條件的改進(jìn)和完善力度

設(shè)計(jì)相應(yīng)翼型過(guò)程中，能夠確保證空化程度較輕，面對(duì)此種狀況，一般并沒(méi)有產(chǎn)生相應(yīng)的空蝕情況。不過(guò)處于偏離設(shè)計(jì)工況很多的情況下，無(wú)論是轉(zhuǎn)輪相應(yīng)的出流條件，還是翼型相應(yīng)的繞流條件均形成很大變化，進(jìn)而導(dǎo)致翼型的空腔空化現(xiàn)象變得更加嚴(yán)重。所以，應(yīng)加大水電廠運(yùn)作條件的改進(jìn)和完善力度，應(yīng)確保機(jī)組處于最佳工況區(qū)域下進(jìn)行運(yùn)作，規(guī)避上述情況的產(chǎn)生，從而使水輪機(jī)運(yùn)行更加穩(wěn)定。

結(jié)論：

從論文的分析中不難獲知，深入探究和分析水能動(dòng)力發(fā)電中水輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定性的影響因素及應(yīng)對(duì)措施具有重要意義。本文通過(guò)以xx地區(qū)水電站為例，分析了水能動(dòng)力發(fā)電中水輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定性的影響因素，提出了提升水輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定性的合理對(duì)策：注重水輪機(jī)規(guī)格型號(hào)的科學(xué)選用、加大運(yùn)作條件的改進(jìn)和完善力度。望此研究的結(jié)果能引發(fā)有關(guān)人員的重視，從中獲取相應(yīng)的幫助，進(jìn)而確保水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)作的安全穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

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[3]李平，楊鶴.探析水輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定性的影響因素及其措施[J].科學(xué)與財(cái)富，2016，36（12）：180-182.

[4]羅海生.探析影響水輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定性的因素及其策略[J].工程技術(shù)：引文版，2016，29（23）：00056-00058.

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