水電機組及廠房安全穩定運行關鍵技術研究

2020年我國水電總裝機容量達到3.8億kW，其中常規水電3.4億kW，抽水蓄能4000萬kW，水電設備利用小時突破3800h。2020年9月22日，習近平主席在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上宣布，我國將力爭于2030年前實現碳達峰、于2060年前實現碳中和，到2030年我國風電、太陽能總裝機容量將達到12億kW以上，非化石能源消費占比達到25%左右，越來越多的新能源機組的投入，意味著需要更多的可調節的手段，抽水蓄能及水電由于其開機快、負荷調整迅速等特點，成為電網穩定運行的重要調節砝碼，同時“十四五”期間在新能源集中開發地區和負荷中心新增開工2000萬kW以上裝機容量、1000億元以上投資規模的抽水蓄能電站，常規水電也將由供能轉變為調能，增加電網的“彈性”。

為了更好地為電網服務，水電機組將要在更寬的運行范圍運行，對于機組負荷的調節主要手段是通過調速器改變導葉開度，水輪機調速器是水電機組重要的控制設備，其調節與控制性能的好壞關系到整個水電機組的靜態和動態性能，大型水電機組調速器的運行工況好壞直接會影響電力系統的可靠性，隨著國家超級大型水電機組的相繼投產，其調速器的可靠性未來將會直接決定著電網安全，因此對調速器的可靠性要求未來將達到一個新的高度。

機組的穩定運行要求將振動限制在允許的范圍之內，由于水輪發電機組結構復雜，引起機組振動及異常的原因很多，主要分為三類問題：機械不平衡、電磁不平衡和水力不平衡。主要表現形式有：主要結構部件強度不夠、導軸承故障、軸承甩油和溢油、空化空蝕、卡門渦引起的葉片裂紋等問題。

當機組的振動超過允許的范圍，或振動的頻率同機組的某固有頻率相同而產生共振時，就會嚴重地影響機組的安全運行，嚴重的水力振動甚至會引起水電站廠房的局部振動，如張河灣抽水蓄能電站，在通過對轉輪修型后，才解決了水力振動引起的廠房振動問題。

為了進一步推進我國水電機組及廠房安全穩定運行，我們組織國內水電行業現場工作的專家在調速器性能測試、水力機械軸向與徑向水推力測試、推力軸承油膜特性、頂蓋螺栓受力分析、動平衡分析與案例處理、振動原因分析及趨勢預測、電站地下廠房模態與諧響應分析等方面撰寫了7 篇高水平論文，對我國水電機組及廠房安全測試、分析的技術進行了總結，展示了部分我國水電機組及廠房安全穩定運行關鍵技術和應用，希望能夠為我國水電機組安全穩定運行提供有益借鑒?！笆奈濉睍r期，水電將穩健發揮在高比例可再生能源體系中的特殊作用，進一步凸顯其經濟社會效益，水電機組及廠房安全穩定運行關鍵技術研究，將有利于從容應對新型電力系統對水電調節的新要求。