水力機械系統在水電站中的技術應用分析

鄧思波

摘 要：在水電運行過程中，水力輔助機械系統占據非常重要的位置，隨著社會科技的快速發展，傳統的電力設備、技術等都無法滿足現代化水電站的需求，新型技術的出現，大大提高水利機械系統運行效率。本文主要對水利機械新技術在水電站中的應用相關內容進行闡述。

關鍵詞：水力機械系統；水電站；技術；應用

中圖分類號：TK730.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）15-0196-02

水電站水力機械系統是由水輪發電機組及附屬相關設備組成，其中輔助水力機械系統又是由氣系統、油系統、量測系統、水系統構成，各系統相互協調服務于主體設備，使主體設備能夠安全運行。

1 油系統中油壓裝置的應用

1.1 油系統的設計

第一，絕緣油系統。從目前的情況看，水電站所使用的主變壓器通常都是30年以內免維護型的，除非出現安全事故必須診修，一般都只要對絕緣油進行更換[1]。所以，對于中小型水電站來說，在設計絕緣油系統的過程中，可以不考慮總的供排油管路；對于梯級水電站來說，只需要選擇合適的站點科學設置絕緣油系統；對于一些大型水電站來說，所設置的絕緣油系統要靠近用油設備，達到節能減耗的作用。

第二，透平油系統。對于中小型水電站來說，在設計透平油系統時，應該將管路系統設計盡量簡單化，比如，在需要用油位置附近及供油總管位置設計活接頭，其間也可以使用軟管來過渡；對于梯級水電站來說，可以在重點站設置由檢驗分析設備，別的站可以忽略；對于一些大型水電站來說，可以則需要從設備運行狀態、維修、管理等各個方面去分析，考慮配置盡量齊全。

除此之外，在對油系統進行設計布置時，為了達到防火規范要求，應該在專用房間布置濾紙烘箱，切莫不能把烘箱開關放到房間內。同時，在設置室外管路系統時，為了避免管路受到環境影響發生破損，應該設置波紋管連接段。

1.2 油氣裝置壓力氣罐的自動補氣方式

該種裝置在自動補氣的過程中，主要是靠壓力油罐所安裝的補氣裝置、液位信號器兩種設備共同運作來補氣。該裝置所使用的各種元件都是新型元件，主要是由電磁閥、手動閥、管路等元件構成，其中空氣過濾器是裝置自帶元件，在自動補氣時，還能手動補氣。

2 水力機械系統中氣系統的設計

（1）水力機械系統中的氣系統主要包含中低壓氣系統，因為目前對氣體介質減壓閥的研究尚不成熟，所以，在具體設計的過程中，中低壓氣系統不能混合使用，必須要進行分開設置。（2）對于低壓氣系統來說，系統中吹掃、檢修供氣單元與制動單元也應該分開設置，同時，還應該設置一定容積的貯氣罐。其中吹掃及檢修供氣單元可以為制動供氣單元提供氣源。（3）供氣管路一般都很長，在實際供氣的過程中會造成管路損失，導致供氣設備很難達到額定操作壓力。因此，所使用的空壓機壓力要大于額定操作壓力，同時，貯氣罐壓力也要隨著提高。

3 微機調速器的應用

某水電站所使用的微機調速器是SKYT-7500AF/4.0型號的產品，主要是為了解決水電站出現的特殊情況而選擇的。這種型號的調速器，其容量處于大中型調速器之中，一旦運行過程中發生安全事故，其自動化保護裝置級別與大型調速器相同。該種調速器同其他設備比較突出優勢是配有事故配壓器，能夠自動進行調節。

SKYT-7500AF/4.0型號調速器主要是由高性能芯片構成，電液壓系統為主要的執行系統。同時，還有一些自動控制系統，在發生意外事故時，能夠自動進行保護。如在電源及信號消失的情況下，只要使用事故電磁閥依然能夠發送信號。

4 供排水體系的科學技術及新型設備

4.1 排水系統

依據《水力發電廠機電設計規范》規定，當水電站水龍頭為15-120m時，應該使用減壓供水方式，當水龍頭超過120m時，可以使用水泵供水方式。從以前眾多供水設計方案對比中，絕大多數都設計方案都沒有對國內水泵生產制造工藝水平不足、質量不高，難以保證運行安全等這一系列問題進行考慮。

某水電站原有的排水系統是一個公共排水系統，經過改進之后，將廠房滲漏排水系統及機組檢修排水系統分離開，成為獨立的排水系統。其中機組檢修排水系統，主要是在機組檢修時，將水輪機中積水排出。尾水檢修臺中，設置有單獨的檢修集水井，在機組檢修時，利用鐵絲將潛水泵及膠管一端固定好，另一端放置于尾水渠中就能完成檢修任務。

對于尾水水位不穩定的水電站來說，在選擇滲漏排水泵時，應該對揚程進行考慮，其揚程應該根據水泵的工作性質而定。依據《設計手冊》滲漏排水泵的揚程必須從最高尾水位算起，但是，大多數水電站在實際運行的過程中，絕大部分時間不會在最高水位，這就使得水泵長期無法在最佳的狀態下運行，水泵工作效率低，軸承溫度高，且軸承極易燒壞。要防止這一問題的發生，應該配置兩種揚程不同的水泵，分別在正常水位狀況下和最高水位狀況下選擇其中一種揚程的水泵。

4.2 供水方式設計

依據《水力發電廠機電設計規范》規定，當水電站水龍頭為15-120m時，應該使用減壓供水方式，當水龍頭超過120m時，可以使用水泵供水方式。從以前眾多供水設計方案對比中，絕大多數都設計方案都沒有對國內水泵生產制造工藝水平不足、質量不高，難以保證運行安全等這一系列問題進行考慮。實際上，目前，有很多類型的水泵還無法達到供水技術型要求[4]。如：部分離心泵、自吸泵產品信心標注吸出高度為6-8m，但是，實際的吸出高度僅能達到3-4m左右，還有的水電站由于供水泵技術過關等因素的限制，阻礙了主設備安全穩定運行。當然，高水頭應該使用彈簧式減壓閥，如果使用隔膜式減壓閥，應該對二、三級減壓供水方式進行重點考慮。

4.2.1 大口徑電磁閥

該種電磁閥是一種新產品，專為冷卻供水系統設計，其結構是自保持。這樣的結構設計既節能，又不會受到運行過程中信號故障的影響。大口徑電磁閥主要是由兩個上下線圈及引入線三線構成。該電磁閥是完善了老水電站技術，并具有保護環境的特征。

4.2.2 管道閥門設計

為了確保電力系統運行的安全可靠性，減少系統工作量，在方案設計的過程中，應該合理規劃各個部位，從而達到減少工作量的目的。當采用減壓供水方式時，供水管理離取水口端較近的第一道閥門，應該選擇壓力等級高的閥門。如：調保升壓值是0.9MPa時，應該選擇1.6MPa的閥門，若選擇1.0MPa的閥門，壓力承載難以達到標準要求。當技術維修困難較大時，應該布設第二道閥門。

4.3 濾水器設置及滲漏排水泵選擇

在選用減壓供水方式時，為了使減壓閥及各設備不受損壞，且技術供水系統能夠正常運行的情況下，應該在減壓閥前放置濾水器。雖然，濾水器壓力等級的提高，成本投入也會隨之提高，但是，增加的數額不高，一般范圍為10%-15%。目前，這種設計方式被大部分水電站所采用[6]。

對于尾水水位不穩定的水電站來說，在選擇滲漏排水泵時，應該對揚程進行考慮，其揚程應該根據水泵的工作性質而定。依據《設計手冊》滲漏排水泵的揚程必須從最高尾水位算起，但是，大多數水電站在實際運行的過程中，絕大部分時間不會在最高水位，這就使得水泵長期無法在最佳的狀態下運行，水泵工作效率低，軸承溫度高，且軸承極易燒壞。要防止這一問題的發生，應該配置兩種揚程不同的水泵，分別在正常水位狀況下和最高水位狀況下選擇其中一種揚程的水泵。

5 量測系統及新型自動化檢測部件

5.1 量測系統設計

（1）為了對集水井液位進行及時檢測、控制，必須設置兩種型號的控制器。（2）用于監測尾水管壓力的傳感器應該布置在尾水管段內，千萬不能直接經過測壓管來設置傳感器，這樣會使測量結果發生偏差。（3）在布置水位計時，應該做好防水倒灌的相關措施。

5.2 新型自動化檢測部件

5.2.1 超聲波水位監測裝置

某水電站主要使用的是H-1000監測裝置，該裝置主要是利用超聲波在空氣中傳播，在有水的條件下，就會被反射。通過超聲波的傳感器探頭即水面往返的時間、速度，就可以探測出水面到探頭的距離。

5.2.2 差壓變送器

差壓變送器主要是用來測量變送器兩端壓力差的一種設備，一般情況下，輸出標準型號為4-20mA或0-5v。該種變送器與普通的差壓變送器不同，它有兩個壓力接口，分為正壓端、負壓端兩種。差壓變送器主要是防止管道中介質直接進到變送其中，用于測量液體、蒸汽等的液位、壓力，并將測量的數據信息通過信號的形式輸出。將該種設備應用到水電站中，能夠遠程進行監控，精度高，穩定性好。

6 結語

總而言之，水電站水力機械系統技術的科學、合理性關系到水電站能否安全穩定運行。保證輔機設計的合理性，既能減少不必要的成本投入，還能確保主設備的安全運行，從而設備使用的壽命。因此，相關技術人員應該緊跟時代發展的步伐，不斷完善和提升自己，開發新技術，從而提高機械設備的現代化水平。

參考文獻

[1]楊鐵榮，周明軍，王俊華.中小型水電站水力機械新技術應用研究分析[J].中國水能及電氣化，2015，（25）：129-136.

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[4]周海波，于江雨.簡述水電站輔助水力系統設計技術研究[J].水利科技與經濟，2016，（10）：322-329.

[5]劉偉明，張向明.中小型水電站水力機械新技術的運用[J].中國水能及電氣化，2014，（32）：359-420.

[6]王漢民，朱平軍，劉翔宇.淺析中小型水電站水力機械系統在水電站中的應用[J].中國水能及電氣化，2015，（16）：68-85.