高水頭小型水電站設(shè)計(jì)優(yōu)化及應(yīng)用.docVIP

高水頭小型水電站設(shè)計(jì)優(yōu)化及應(yīng)用 摘要：根據(jù)我國小型水電站多為高水頭、引水式的小容量水電站的特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際工作情況，通過對(duì)主要的小型水輪發(fā)電機(jī)設(shè)備制造廠及投用后的小型水電站的實(shí)地走訪，對(duì)高水頭小型水電站的水輪機(jī)設(shè)計(jì)選型進(jìn)行優(yōu)化，在機(jī)組訂貨和施工設(shè)計(jì)時(shí)就采取相應(yīng)改進(jìn)措施，達(dá)到控制投資、增加實(shí)效的目的。 關(guān)鍵詞：高水頭；小型水電站；設(shè)計(jì)優(yōu)化 一、小型水電站水輪發(fā)電機(jī)組的選型措施要點(diǎn) 由于水電站的選址及設(shè)計(jì)必須根據(jù)開發(fā)河段的水力資源和開發(fā)利用的情況的不同進(jìn)行選擇，根據(jù)水電站的工作水頭和引用流量范圍的不同，為了使水電站經(jīng)濟(jì)安全和高效率的運(yùn)行，就會(huì)有不同類型和型式的水輪機(jī)來適應(yīng)各種水電站建設(shè)的需要。 水輪發(fā)電機(jī)由于其自身能量特性、汽蝕特性和強(qiáng)度條件的限制，每種水輪機(jī)適用的水頭和流量范圍比較窄，因此由設(shè)計(jì)制造廠做出多種很多系列和尺寸類型的水輪發(fā)電機(jī)對(duì)水電站水能條件進(jìn)行一一適應(yīng)，不僅僅增加了設(shè)計(jì)和制造的任務(wù)，而且也耗費(fèi)了大量的人力和生產(chǎn)成本。因此，在我國水輪機(jī)的選型一般采用系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化進(jìn)行制造，特別是小型水電站的水輪發(fā)電機(jī)，可以簡單按照中小型反擊式水輪機(jī)使用范圍綜合圖進(jìn)行選擇。這樣對(duì)于生產(chǎn)廠家來說，就盡可能的減少水輪機(jī)系列，對(duì)控制系列品種及備品備件的生產(chǎn)配套，以及加速生產(chǎn)降低成本上更為高效。但是由于簡單的選型一般會(huì)造成與實(shí)際情況的較大誤差，因此必須進(jìn)行優(yōu)化修正，針對(duì)電站的實(shí)際情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)微調(diào)，而這也成為小型水電站水輪機(jī)選型的主要課題。 水輪機(jī)是水電站中最主要?jiǎng)恿υO(shè)備之一，影響電站的投資、制造、運(yùn)輸、安裝、安全運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)效益，因此在水電站設(shè)計(jì)中要按擬建電站的運(yùn)行條件和需求選擇合適的水輪機(jī)，使水電站可以充分利用水能，安全可靠的運(yùn)行。在進(jìn)行水輪機(jī)選型時(shí)應(yīng)收集以下資料：各類型水輪機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)資料，包括水輪機(jī)系列型譜、生產(chǎn)廠家、產(chǎn)品目錄、模型綜合特性曲線等數(shù)據(jù)。水電站擬建站址的相關(guān)技術(shù)資料，包括河流梯級(jí)開發(fā)方案、水庫的調(diào)節(jié)性能、水電站布置方案、地形、地質(zhì)、水質(zhì)、泥沙情況、總裝機(jī)容量、水電站運(yùn)輸、安裝技術(shù)條件等等。當(dāng)?shù)氐乃?、水能資料，包括特征流量及特征水頭(Qmax、Qmin、Qav、Hmax、Hmin、Hr、Hav)、下游水位流量關(guān)系曲線等。擬建水電站相關(guān)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)及資料，比如水電站機(jī)電設(shè)備的造價(jià)、工程單價(jià)及概預(yù)算，水電站運(yùn)行效益計(jì)算、償還貸款措施及電站維護(hù)費(fèi)用投入等等。 根據(jù)這些資料進(jìn)行綜合考慮，小型水電站一般根據(jù)水輪機(jī)系列型譜選擇水輪機(jī)型號(hào)。水輪機(jī)型號(hào)的選擇主要取決于水頭。各種水輪機(jī)都有一定的使用范圍，根據(jù)電站運(yùn)行水頭的范圍，直接查系列型譜，確定水輪機(jī)的型號(hào)。如果兩種型號(hào)均可采用，則應(yīng)進(jìn)行方案比較。在我國，目前較為常用的方式是根據(jù)目前國內(nèi)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行的電站資料，在特征水頭相近、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)適當(dāng)，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)相近時(shí)，有限套用已經(jīng)生產(chǎn)的機(jī)組，這樣就可以節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間。而在進(jìn)行優(yōu)化微調(diào)時(shí)，確定了水輪機(jī)的型號(hào)后，通過計(jì)算水輪機(jī)的主要參數(shù)，用系列應(yīng)用范圍圖選定參數(shù)為主，計(jì)算參數(shù)為輔的方式，優(yōu)化設(shè)計(jì)精度。 二、小型水輪發(fā)電機(jī)組的構(gòu)造類型及優(yōu)劣勢比較 小型水輪發(fā)電機(jī)組一般有沖擊式水輪機(jī)和混流式水輪機(jī)兩種應(yīng)用較廣的構(gòu)造方式。沖擊式水輪機(jī)構(gòu)造簡單、出力變化時(shí)對(duì)機(jī)組效率影響較小，特別是其折向器的作用對(duì)調(diào)度保護(hù)比較有利，可節(jié)省調(diào)壓井等水工建筑物的造價(jià)。但是由于其轉(zhuǎn)速較低，機(jī)組體積大；發(fā)電效率不高，而且導(dǎo)致水工建筑物及引水渠構(gòu)造較為復(fù)雜，不太適用于一些引水式的小型水電站建設(shè)。 而混流式水輪機(jī)則剛好相反，它轉(zhuǎn)速高，機(jī)組體積小，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠效率較高，并且有適應(yīng)水頭范圍寬的優(yōu)勢，還可利用尾水管回收能量，進(jìn)而減少廠房開挖工程，投資效率及回報(bào)率更高。但是由于其在低負(fù)載時(shí)機(jī)組效率降低較多，在水位不穩(wěn)定的地區(qū)難以發(fā)揮效用。 三、兩種小型水輪發(fā)電機(jī)組價(jià)格及生產(chǎn)情況對(duì)比 經(jīng)過對(duì)廣西、云南、福建、浙江幾個(gè)省及自治區(qū)主要水輪發(fā)電機(jī)設(shè)備制造廠的實(shí)地走訪，大部分廠家表示這兩種機(jī)型都可以生產(chǎn)供貨，但是對(duì)高轉(zhuǎn)速機(jī)組的運(yùn)行都有所擔(dān)心，進(jìn)而推薦采用沖擊式機(jī)組較多。在初步報(bào)價(jià)上，兩種機(jī)型的水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)主設(shè)備價(jià)格相差較大，沖擊式的機(jī)組是混流式機(jī)組的一倍以上。 在初步設(shè)計(jì)方案的研討中，設(shè)計(jì)院提出，如果選用混流式機(jī)型，經(jīng)過對(duì)這兩種機(jī)型的輔助設(shè)備配套和水工建筑物不同方案的投資對(duì)比，在土建、水工部分的造價(jià)上選用混流式機(jī)組的話還可以節(jié)省很大一部分投資。而且在水源及水能穩(wěn)定的水利條件下，整個(gè)運(yùn)行將較為理想。高水頭水電站一般時(shí)間在較高出力區(qū)運(yùn)行，既使蓄水區(qū)域的水庫水位變化，機(jī)組也可以在較高效率范圍內(nèi)運(yùn)行，因此針對(duì)高水頭的水電站，選擇混流式水電站比沖擊式水電站更為高效。 四、實(shí)地考察高轉(zhuǎn)速混流式水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行問題 根據(jù)廠家提供的資料對(duì)廣西、云南及福建三省已經(jīng)投入使用的混流式水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行實(shí)地考察，特別考察其穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。經(jīng)考察已建成并發(fā)電的龍巖大片溪水電站和漳平嶺兜水電站的臺(tái)機(jī)組，發(fā)現(xiàn)其運(yùn)行主要問題有：機(jī)組轉(zhuǎn)速高、噪音大，軸承溫度偏高，軸承潤滑油為油泵供油外循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，設(shè)置了重力油箱、回油箱、油泵及冷卻水池等設(shè)施，維護(hù)工作量大，而且由于供油或供水系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，容易發(fā)生被迫停機(jī)維修而影響正常發(fā)電，穩(wěn)定性較差。 五、高水頭小型水輪機(jī)組設(shè)計(jì)優(yōu)化措施 針對(duì)運(yùn)行中的高水頭小型水輪機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)困難這樣的情況，設(shè)