淺析汛期影響水輪發電機出力的因素

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電機出力的因素

王治育

（黃河公司隴電分公司 甘肅蘭州 730060）

簡介八盤峽水電站汛期來水對發電機運行的影響。具體分析汛期影響水輪發電機出力的主要因素，根據影響因素，提出應對措施。

八盤峽水電站；影響出力；應對措施

八盤峽電站為日調節水電站，安裝6臺單機容量為36MW的軸流轉槳式發電機組。水庫具有水庫和河道雙重特性，庫容及調節庫容小，上游匯入水庫的干、支流流域水土流失較嚴重，支流湟水河的流量陡漲陡落變化大、預見性差，流量不可控。常年來水水質較差。每年進入汛期后，水庫來水泥沙含量大、裹挾的雜物較多，水質進一步惡化。水流夾帶著上游各種漂浮物聚集在機組進水口附近，當漂浮物的聚集達到一定量時機組進水口攔污柵前后水位差增大，降低水輪機的工作水頭，使機組的出力大大降低；部分雜物經攔污柵孔進入機組蝸殼，造成運行機組流道中過水面積的減少和水輪機水力不平衡，影響機組的安全運行；或進入機組蝸殼的雜物夾在機組導葉之間造成機組導葉連桿破斷或導葉彈簧連桿彎曲變形，造成機組無法完成自動停機流程，迫使需要停機的機組重新開機并網，此時機組運行振動、擺度加劇，易出現軸瓦溫度升高的現象，嚴重影響電站的安全運行。現結合汛期的特點對影響水輪發電機出力的因素進行分析。根據各個影響因素，采取應對措施。

無論何種類型的水輪發電機均是利用水流能量通過對水輪發電機組轉輪輪葉做功，達到能量轉換的目的。水輪發電機的功率N=9.81QHN，所以在機組設備健康水平較高的情況下，影響水輪發電機組出力的因素是：流經水輪機的流量Q，有效工作水頭H，水輪發電機的效率N及其它生產方式產生的限制。

1 影響水輪機進水流量Q的因素

（1）水庫來水水質差出現運行機組攔污柵壓淤塞嚴重，流入水輪機的流量相對減小，引起水輪發電機出力下降。

（2）機組蝸殼內進入雜物，運行機組流道過水面積減少和出現水力不平衡現象；機組導葉間夾有雜物或由于樹木，雜草等雜物堆砌在蝸殼內致使機組導葉無法操作，進入轉輪室的流量減小；機組導葉間隙調整不一致，導葉軸套和端面間夾有異物，調整導葉開度時，導葉動作不一致，出現水力不平衡，引起水輪發電機出力下降。

2 影響工作水頭H的因素

（1）運行機組攔污柵壓差增大，運行機組做功的工作水頭減小，即水能的勢能減小，根據能量守恒定律，產生能量轉換的動能也減小，引起水輪發電機出力下降。

（2）根據防洪需求上游水庫水位下降；下游電站高水位運行雍高電站尾水水位；全站大流量運行電站機組都開機并網運行，機組導葉處于全開位，機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，運行機組做功的有效工作水頭減小，引起水輪發電機出力下降。

3 影響機組效率N的因素

水輪機效率N是水輪機能量轉換能力的大小，是衡量水輪發電機經濟運行的重要指標之一，但水輪機不可能將水能全部有效的轉換成機械能傳遞給發電機組。這是因為水輪機在工作過程中會產生能量損失。根據損失的特性，可分解為：容積損失，水力損失，機械損失。相應于各類損失的效率分別稱為容積效率Nr，水力效率Ns，機械效率Nj。水輪機的總效率N等于其容積效率Nr，水力效率Ns，機械效率Nj的乘積。

（1）容積損失：在軸流轉槳式機組中，進入水輪機的流量Q不可能全部進入轉輪做功，其中有一小部分會從水輪機的旋轉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。由于電站水輪機的轉輪及葉片長期處于較差的水質中運行，不斷受到氣蝕和泥沙磨損的作用，出現轉輪葉片變小或掉角現象，增大了電站水輪機的容積損失，降低了效率Nr。

（2）水力損失：水輪機工作時，水流流經引水部件，導水部件，轉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。長期運行的機組期過流部件表面隨著氣蝕及過流部件堆砌異物，增大了水輪機的水力損失，降低了效率Ns.

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

為了提高機組效率N，力求水輪機長期處于高效率區運行，必須使機組出力、流量、工作水頭達到一定的匹配關系。只有當流量滿足“無撞擊進口”和“法向出口”的條件時，水輪機水力損失才達到最小，效率最高。但這種最優工況是流量，水頭，轉速在特定條件下形成的，實際運行中水輪機的工作水頭和流量總是變化的，不可避免的要偏離最優工況。出現偏離最優工況時水輪機水力損失增大，機組振動增大，機械損失也增大，機組效率也就會下降。所以應盡量維持機組在額定工況下運行，始終保持導葉開度和輪葉角度協聯，力求機組在最優工況下運行。

4 其他影響發電機出力的因素

機組主輔設備的缺陷使水輪發電機的出力受到影響；環境溫度升高，發電機組冷卻潤滑系統水溫、油溫上升，機組定子鐵芯、線圈或軸瓦溫度升高等現象也影響水輪發電機的出力；特殊的運行方式，如水庫限水位、電網限負荷、調頻調壓等因素也會限制發電機的出力。

5 應對措施

結合上述原因的分析，在汛期保證機組的經濟運行應采取如下措施：

（1）機組攔污柵壓差測報及時清污，減少水頭損失。加強對機組進水口攔污柵壓差監視，根據壓差變化及時調整負荷，聯系調度申請停機清污，來水漂浮物較多時，聯系調度利用泄洪將污物順利排至下游。以減小該機組的水頭損失，提高效率。

（2）運行人員監視上游水位變化做到工作中勤聯系，勤調整，使機組工作水頭保持最佳，提高水輪發電機組的效率。

（3）提高巡檢質量，發現缺陷及時聯系處理，確保運行機組設備健康水平。

（4）提高機組檢修質量，有效完成對檢修機組過流部件的磨損進行檢查和補焊處理，減小水力損失，達到效率提高的目的。

（5）優化機組運行方式，合理分配機組負荷，選擇機組最優工況區域，盡力保證機組在此工況下連續穩定運行。

6 結語

汛期影響水輪發電機出力的因素較多，最突出的因素是上游來水水量增大、水質惡化，發電機長周期連續運行，出現的問題不能得到有效的處理，增加了影響安全運行的不確定因素。在運行維護工作中采取多種行之有效的技術和管理措施，分析、掌握設備運行工況，探索創新，才能更好的克服不利因素，提高機組的出力，創造更大的經濟效益。

[1]劉大凱.水輪機[M].河南：水利電力出版社，1997：41～45.

TV734

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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，運行技師，從事電廠運行維護工作。