新疆下坂地水電站運行特性分析

新疆下坂地水電站運行特性分析

0水庫樞紐工程新疆下坂水庫水庫位于新疆塔里木河流域中，塔什庫爾干河是新疆塔什庫爾戈爾河流上唯一的支流之一。哈薩克斯坦塔什庫爾干塔自治州的班迪爾市。該項目是塔里木河流域初步綜合處理中唯一的山區(qū)水庫樞紐。電站的主要任務(wù)是以生態(tài)補水及春旱供水為主,結(jié)合發(fā)電的綜合性工程。在電力系統(tǒng)中承擔(dān)峰荷以及主要事故備用、負荷備用任務(wù),機組年開停機次數(shù)不少于1000次。樞紐建筑物由攔河壩、導(dǎo)流泄洪洞、引水發(fā)電洞和電站廠房四部分組成。大壩為瀝青混凝土心墻砂礫石壩,正常擋水位2960m,壩頂高程2966.00m,最大壩高78m,總庫容為8.67億m電站主要參數(shù):新疆下坂地水電站主要參數(shù)如下:額定功率51.55MW最大水頭214.80m加權(quán)平均水頭194.33m額定水頭190.00m最小水頭155.76m1選擇和分析機械參數(shù)1.1比速比轉(zhuǎn)速n本電站的水頭范圍為155.76～214.8m,水頭變幅(H1.2旋轉(zhuǎn)和單位流量從比轉(zhuǎn)速與單位參數(shù)的關(guān)系式n1.2.1脫流和振動的影響下坂地水電站水輪機絕大多數(shù)時間處于高水頭區(qū)域運行,這就使得高水頭即使在滿發(fā)時也只能在部分開度下運行,此時來流為正沖角,脫流容易發(fā)生在上冠葉片進口背面,造成對轉(zhuǎn)輪葉片的破壞和機組振動,由于國內(nèi)、外產(chǎn)生振動的電站,大多出現(xiàn)在高水頭區(qū)域,因此,近年來,在選取最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速時有低選的趨勢,因此,下坂地水電站在選型過程中應(yīng)著重考慮這個問題,將最大水頭排除在葉片進水邊背面脫流空化線之外,以避免這種情況的發(fā)生。1.2.2最優(yōu)工況下展望水輪機單位流量是水輪機的一個重要能量指標。提高單位流量可以減小水輪機轉(zhuǎn)輪直徑,減輕水輪機重量,減小廠房面積。但是,過大的單位流量又會造成流道內(nèi)流速的增加,空化系數(shù)增大,空化性能降低等不利因素。下坂地水電站要求負荷在40%～100%額定功率范圍內(nèi),水輪機應(yīng)能長期穩(wěn)定運行。因此,應(yīng)充分考慮最優(yōu)工況和偏離最優(yōu)工況時對機組水力性能穩(wěn)定的影響。在最優(yōu)工況時,由于達到或接近最高效率點,使得水輪機壓力脈動最小,運行最為穩(wěn)定,而在偏離最優(yōu)工況時,在轉(zhuǎn)輪進、出口就會產(chǎn)生各種旋渦、脫流和空化現(xiàn)象,如尾水管渦帶、進口邊空化和葉道渦等,偏離最高效率點愈遠,則轉(zhuǎn)輪出口的周向速度愈大,尾水管渦帶的直徑和擺動也愈大,壓力脈動也愈大。1.3水動力方面應(yīng)當(dāng)堅持穩(wěn)定運行的前提水輪機效率是水輪機技術(shù)水平的重要指標,也是能量參數(shù)的重要指標,其效率水平的高低對經(jīng)濟效益影響很大。但過分追求最高效率并不是穩(wěn)妥的方式,而應(yīng)將穩(wěn)定運行放在首位,在安全穩(wěn)定運行的前提下,優(yōu)先考慮水輪機整個運行范圍的合理性,并盡最大可能提高水輪機的加權(quán)平均效率,而不是過分強調(diào)額定點的效率才是合理的方式。在效率保證方面,下坂地電站做出明確要求,即在額定水頭190m時,額定出力51.55MW時的效率真機保證值不低于92.5%,但對加權(quán)平均效率暫未做出限定。綜上所述,下坂地電站選型時,在兼顧真機額定點效率的同時,盡可能地提高加權(quán)平均效率。1.4真機裝置與模型臨界氣蝕比p水輪機空化性能的優(yōu)劣,是衡量水輪機綜合性能的一個重要指標。電站裝置空化系數(shù)σp的大小,直接影響電站開挖深度和水輪機運行壽命。因此,在選型中應(yīng)保證真機裝置氣蝕系數(shù)σp與模型臨界氣蝕σc的比值在含沙水流條件下大于2,而在清水條件下大于1.5,使得氣蝕有較大的安全余量,以保證水輪機能更有效地抗氣蝕磨損,長期穩(wěn)定高效地運行。下坂地電站關(guān)于泥沙方面的特性是,多年平均含砂量(建庫前天然河道)0.491kg/m2轉(zhuǎn)輪性能對比針對下坂地水電站的水頭范圍155.76m～214.8m,綜合選型參數(shù)的分析情況,選擇水輪機的型式為混流式水輪機,根據(jù)現(xiàn)有混流式水輪機模型轉(zhuǎn)輪資料,優(yōu)化選取三種機型進行轉(zhuǎn)輪性能綜合比較,其參數(shù)見表2。通過對三種機型的性能比較,可以看出HLJF1801機型較其它兩個機型更適合下坂地水電站的設(shè)計要求,尤其在最高效率和吸出高度兩方面都更加優(yōu)越,在減少電站土建投資的同時又高效率的運行,顯著提高電站的經(jīng)濟效益。由此可繪出該轉(zhuǎn)輪的模型特性曲線的工作范圍(見圖1)3考慮水力穩(wěn)定和高效能從該轉(zhuǎn)輪的模型特性曲線的工作范圍來看,最大水頭在葉片進水邊背面脫流空化線之上,避免了這種脫流對葉片進水邊的影響,而葉道渦線則在穩(wěn)定工況運行區(qū)之外,在穩(wěn)定工況運行區(qū)內(nèi)包含了最優(yōu)效率部分,這使得將有一部分工況將在壓力脈動最小,穩(wěn)定性最為良好的無渦區(qū)中穩(wěn)定運行,在運行區(qū)范圍內(nèi)整體效率點高,其最高效率達到95.3%,額定點效率達到93.8%,通過對照下坂地水電站加權(quán)因子表,計算得出真機加權(quán)平均效率值高達93.2%,確保電站在水力穩(wěn)定和高效率區(qū)運行,同時,對該轉(zhuǎn)輪真機裝置氣蝕系數(shù)σp與模型臨界氣蝕σc的比值計算可得出其比值為2.37,符合對含沙水流的要求,保證水輪機能更有效地抗氣蝕磨損,提高機組使用壽命,這對于長期穩(wěn)定高效地運行具