淺談電站水輪機(jī)優(yōu)化的設(shè)計

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1低水頭徑流式電站的特點(diǎn)

1.1自然特點(diǎn)

當(dāng)流量變化時，會引起下游水位的變化，水頭也會發(fā)生相應(yīng)的改變。舉例來說，流量增加會使下游水位上升，引起水頭減小；反之亦然。要想提高水能利用率，增加產(chǎn)能效益，就要選擇低水頭設(shè)計，避免出現(xiàn)在黃河中游低水頭電站地區(qū)常發(fā)生的有水頭無流量等現(xiàn)象。

1.2功率問題

汛期到來時，汛期前期的水流量逐漸增大，但仍達(dá)不到額定功率所需要的流量；汛期中期，水量增大帶動流量的增加，功率達(dá)到額定功率標(biāo)準(zhǔn)后繼續(xù)增大，在水頭和流量達(dá)到某種和諧狀態(tài)時，此時是最大動率；隨著時間變化和水量的變化，水頭降低速度大于流量增加速度，功率降低，達(dá)不到額定功率。

2低水頭電站的設(shè)計特點(diǎn)

2.1機(jī)組功率不足

未考慮到電站水頭帶來的能量損耗與設(shè)備額定水頭與發(fā)電量能達(dá)到的最高限度不能密切配合是影響水頭是否正常工作的兩個原因。

2.2統(tǒng)計方法問題

在選擇電站裝機(jī)容量的參數(shù)時，應(yīng)選用概率計算方法來選擇參數(shù)，而不是使用加權(quán)平均方法，這是因?yàn)榈退^電站參數(shù)變化幅度不穩(wěn)定造成的。世界上很多發(fā)達(dá)國家選擇電站裝機(jī)容量時考慮的是電站棄水流量參數(shù)，國內(nèi)雖然不用這些方法，但是為了使電站可以以最大效率工作，必須綜合考慮設(shè)備工作時各個參數(shù)，才能避免當(dāng)前不利局面的發(fā)生。

3低水頭徑流式電站優(yōu)化選型

3.1優(yōu)化選型設(shè)計的任務(wù)

其任務(wù)是在項(xiàng)目的各個不同階段確定設(shè)備參數(shù)，提前確定工作流程需要的完整設(shè)計內(nèi)容。

3.2優(yōu)化選型設(shè)計的原則

（1）遵守國家相關(guān)法律法規(guī)和國家規(guī)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）全心全意為用戶服務(wù)，滿足用戶需要。

（3）參數(shù)選擇與電站實(shí)際情況相適合等原則。單方面的高參數(shù)不一定是最適合用戶需要的，選擇參數(shù)時必須考慮電站的實(shí)際環(huán)境和技術(shù)水平。

（4）經(jīng)濟(jì)合理。

（5）對在所有在技術(shù)水平上的可行性方案進(jìn)行比較，采用最優(yōu)方案。

3.3優(yōu)化選型設(shè)計的步驟

每一項(xiàng)工程的設(shè)計都不是一步到位的，而是在具體工作階段根據(jù)工作情況的具體進(jìn)行研究討論，逐步改善，最終確定設(shè)計方案。在水輪機(jī)參數(shù)的選擇工作過程中，先根據(jù)以往的工作經(jīng)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行參考并初步篩選確定，然后再結(jié)合工程具體實(shí)施步驟來確定最經(jīng)濟(jì)最優(yōu)的選型參數(shù)。其步驟如下：

（1）初步采集原始數(shù)據(jù)資料，包括工程規(guī)模，地理環(huán)境條件，工程造價，投入運(yùn)算等具體數(shù)據(jù)，進(jìn)行篩選備后期使用。

（2）分析設(shè)計特性。

（3）據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)初選出需要的主要參數(shù)。

（4）初步擬定一個或幾個可行性方案。

（5）與設(shè)備制造廠溝通，協(xié)商下一步具體工作計劃。

（6）從多個備選方案中分析，征求多方面財務(wù)和技術(shù)意見，確定最優(yōu)最經(jīng)濟(jì)技術(shù)方案。

4選型設(shè)計中參數(shù)優(yōu)化界定

不能單方面一味重視設(shè)備的高參數(shù)，而應(yīng)該結(jié)合電站實(shí)際建造情況考慮整體效益，幾者綜合，才能使參數(shù)優(yōu)化后電站在經(jīng)濟(jì)效益上達(dá)到最大。

5結(jié)束語

尋求一種最優(yōu)最大經(jīng)濟(jì)效益的優(yōu)化設(shè)計，其中已有條件包括電站的施工環(huán)境，所處地理位置，河流的水量情況和其中砂石含量等等。對參數(shù)選擇的過程應(yīng)該注意如下：第一，首先對河流的流量和水質(zhì)進(jìn)行判斷，區(qū)分是清水河流還是多砂石河流；第二，力爭使各個參數(shù)的搭配能夠產(chǎn)生最大的功率。對于一些地質(zhì)水流條件較差的水電站，選用經(jīng)過合理思考的低參數(shù)水輪機(jī)，使其能達(dá)到的最大功率，不盲目選擇高參數(shù)但卻不適合的水輪機(jī)；第三，按照國家最新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來選擇特征參數(shù)，改善設(shè)計方法，提高能效。總而言之，優(yōu)化選型設(shè)計應(yīng)該在遵守國家各項(xiàng)法律法規(guī)的基礎(chǔ)上，滿足用戶方的想法和需求。除此之外，要結(jié)合南北方水量等方面差異來確定優(yōu)化選型設(shè)計參數(shù)。黃河以北地區(qū)的水電站水量調(diào)節(jié)能力充足，而長江以南的水電站流量和水頭變化幅度都較大，兩者在選型設(shè)計參數(shù)上的考慮是完全不同的。本文通過對國內(nèi)地區(qū)已建的低水頭水電站工程水輪機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行研究，意在尋求一些電站水輪機(jī)優(yōu)選方面的經(jīng)驗(yàn)，更好的指導(dǎo)今后的工作，能夠使在建和待建的水電站工程從中獲得一些可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)，在建設(shè)和生產(chǎn)的過程中少走一些彎路。

作者：張武單位：哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司