四川某水電站水輪機(jī)運行邊界條件

1、電站主要技術(shù)參數(shù)

1.1水位

1）上游水庫

校核洪水位""""""""""""" "2317.40m

設(shè)計洪水位""""""""""""" "2315.81m

正常蓄水位""""""""""""" "2315.60m

死水位""""""""""""" "2314.00m

2）下游尾水

校核洪水位""""""""""""" "2209.49m

設(shè)計洪水位""""""""""""" "2207.19m

正常尾水位""""""""""""" "215.00m

設(shè)計尾水位""""""""""""" "2213.00m

1.2水輪機(jī)水頭

最大水頭""""""""""nbsp;"" "102m

全年加權(quán)平均水頭""""""""""""" "88.3m

額定水頭""""""""""""" "77.5m

最小水頭""""""""""""" "77.2m

1.3流量

多年平均流量""""""""""""" "115.0m3/s

電站引用流量""""""""""""" "191.1m3/s

單機(jī)引用流量"""""""""" """"63.7 m3/s

1.4主要動能參數(shù)

裝機(jī)容量""""""""""""" "132MW

多年平均發(fā)電量""""""""""""" "6.306億KW·h（聯(lián)合）

5.702億KW·h（單獨）

裝機(jī)臺數(shù)""""""""""""" "3臺

年利用小時數(shù)""""""""""""" "4777h（聯(lián)合）

4319h（單獨）

保證出力""""""""""""" "38.7MW（聯(lián)合）

23.4MW（單獨）

1.5泥沙

多年平均輸沙量""""""""""""" "205×104t

多年平均含沙量"""""" """"""""0.565kg/m3

多年平均汛期含沙量""""""""""""" "0.85kg/m3

全年過機(jī)泥沙平均含量""""""""""""" "0.452kg/m3

汛期過機(jī)泥沙平均含量""""""""""""" "0.765kg/m3

懸移質(zhì)顆粒級配表

表1-1

粒徑級（mm）

0.007

0.010

0.025

0.050

0.1

0.25

0.35

1.0

小于某粒徑級

重量百分?jǐn)?shù)（%）

2.5

5.6

29.4

72.8

87

95.5

99.3

100

中值粒徑：0.033mm

平均粒徑：0.0618mm

最大粒徑：1.00mm

懸移質(zhì)礦物成份中以莫氏硬度小于5的軟礦物為主，綠泥石、絹云母、黑云母、碳酸鹽、鈦鐵礦等占了98%以上，莫氏硬度大于5的硬礦物為石英、長石，約占1.0—2.0%，懸移質(zhì)各粒徑組莫氏硬度大于5的硬礦物含量見下表。

懸移質(zhì)各粒徑組硬礦物含量表

表1-2

粒徑組（mm）

1.0-0.5

0.5-0.25

0.25-0.10

0.10-0.05

lt;0.05

硬礦物含量（%）

微量

1.0

2.0

2.0

1.0

1.6地震烈度

地震基本烈度 本工程地震基本烈度為Ⅶ度

1.1機(jī)組主要參數(shù)

1.2.1水輪機(jī)

1）型式

水輪機(jī)為豎軸混流式，與發(fā)電機(jī)主軸直接連接，為俯視順時針方向旋轉(zhuǎn)。

2）轉(zhuǎn)輪直徑

轉(zhuǎn)輪進(jìn)口直徑D1"""""""""""""""""""""""" 2720 mm

3）轉(zhuǎn)速

額定轉(zhuǎn)速""""""""""""" 250 r/min

最大飛逸轉(zhuǎn)速""""""""""""" "528 r/min

4）安裝高程

水輪機(jī)安裝高程""""""""""""" "2208.00m

1.2.2發(fā)電機(jī)

1）型式

立軸懸式

2）額定值

額定功率""""""""""""" "44 MW

額定容量""""""""""""" "51.765 MVA

額定電壓""""""""""""" "10.5 kV

額定電流""""""""""""" "2846.3 A

額定功率因數(shù)""""""""""""" "0.85

額定效率""""""""""""" "98.199%

2 上、下游水位復(fù)核

2.1上游水位

根據(jù)已通過審查的電站的初步設(shè)計報告（工程任務(wù)和規(guī)模）：電站為流域水電梯級規(guī)劃中第四個梯級電站，其上游梯級為已建的A水電站，下游梯級為待建的B水電站，電站取水樞紐位于A電站廠房下游約2.5km處。

A電站作為流域水電開發(fā)第一期工程，可行性研究報告已通過省發(fā)改委審批，其廠房較規(guī)劃廠址下移400m，尾水位由原規(guī)劃尾水位2316m降低至2315.6m。電站正常蓄水位2315.6m與上游梯級A電站水位銜接較好，實現(xiàn)了水資源的合理開發(fā)利用。

電站水庫的正常蓄水位為2315.6m，死水位為2314m。其水庫運行方式為：非汛期為正常蓄水位2315.6m運行;汛期6～9月按排沙運行水位2314m水位運行，流量、含沙量較大的3-4天停機(jī)沖沙。因此電站水庫運行水位范圍為2314～2315.6m。

2.2下游水位

2.2.1""" B電站建成前下游水位

在B電站建成蓄水以前，電站下游水位為天然河道水位

校核洪水位：""""""""" 2209.49m

設(shè)計洪水位：""""""""" 2207.19m

由于電站水輪機(jī)的安裝高程是按照B電站建成發(fā)電考慮的，目前B電站尚未開工建設(shè)，為保證機(jī)組無空化運行，需要采取臨時措施，滿足主機(jī)廠提出的水輪機(jī)吸出高度的要求。目前采取的措施是將所有尾水部位擋墻均加高到2212.5m，上、下游側(cè)及攔沙坎3面均出流。尾水反坡段寬度35.83m，上游側(cè)面直線長度7.94m，過流能力計算時，攔沙坎根據(jù)相應(yīng)水頭分別按照矩形實用堰或?qū)掜斞哂嬎悖渖舷掠蝹?cè)按照寬頂堰計算。根據(jù)電站設(shè)計院提供的廠房下游的水位流量關(guān)系曲線（B未修建故僅參考A線，見圖3-1）推算，在500m3/s時，廠房下游的水位約2210.2m;根據(jù)電站設(shè)計院提供的電站三個代表年份（豐水年、中水年、枯水年）逐日平均流量表查出最大流量為964m3/s，查出對應(yīng)的廠房下游水位約2211.4m。而攔沙坎目前高程為2212.5m，故可以明確機(jī)組發(fā)電時攔沙坎出口均為自由出流。由此可判斷，在B電站建成前電站尾水位均由水流過尾水擋墻的高度確定。

根據(jù)電站實測數(shù)據(jù)（見表3-1）以及電站設(shè)計院提供的矩形寬頂堰過流計算公式：

"""" P/Hlt;3

"nbsp;""""""""" P/H≥3

表3-1""""""" 電站實測尾水位

序號

機(jī)組編號

負(fù)荷

蝸殼進(jìn)口壓力

上游水位

尾水位

1

2F機(jī)組

空轉(zhuǎn)

0.99

2315.57

2212.56

2

2F機(jī)組

4MW

0.96

2315.32

2212.69

3

2F機(jī)組

44MW

0.96

2314.07

2313.09

4

2F機(jī)組

44MW

0.93

2315.51

2313.08

推算出當(dāng)3臺機(jī)滿發(fā)過流191.79 m3/s時，對應(yīng)水位2213.87m。

因此在B電站建成前，電站機(jī)組正常運行時的下游尾水運行水位范圍為2212.56～2213.87m。

2.2.2""" B電站建成后下游水位

根據(jù)已經(jīng)審查的《電站的初步設(shè)計報告》（水文），由于電站廠房尾水?dāng)嗝婢嘞乱惶菁塀電站閘址僅300m，兩者完全銜接，廠房尾水水位完全受B電站水庫運行方式的影響。

根據(jù)《B電站的初步設(shè)計報告》，B電站的水庫運行方式為：汛期（6～10月），當(dāng)入庫流量小于600m3/s時，閘前水位控制在排沙運行控制水位2213.00m運行，非汛期（11月～翌年5月），閘前水位在正常蓄水位2215.00m至死水位2213.00m之間運行，電站進(jìn)行日調(diào)節(jié)。

因此電站廠房尾水運行水位與B電站水庫運行水位基本一致，即：

非汛期（11月～翌年5月），尾水水位在2213.00～2215.00m之間運行;

汛期（6～10月），尾水運行水位為2213.00m。

3 電站運行水頭范圍分析

水電站屬于典型的引水式電站，經(jīng)14.8km引水隧道，再經(jīng)調(diào)壓井、壓力鋼管至廠房機(jī)組，發(fā)電后尾水流入河流。由于上、下游水位變幅均很小，因此電站的水頭變幅主要是由長引水管道的水力損失引起的。在計入進(jìn)水口攔污柵、閘門槽、漸變段、彎道等局部水頭損失后，電站設(shè)計院提出的引水隧洞的水頭損失系數(shù)為0.000555，壓力鋼管水頭損失系數(shù)為0.000388。

根據(jù)以上對電站上、下游水位分析以及電站三個流量代表年的逐日流量數(shù)據(jù)（見附表1～3，不考慮電網(wǎng)調(diào)度要求），統(tǒng)計出電站水輪機(jī)水頭出現(xiàn)率分布曲線（見表4-1、表4-2及附圖1、附圖2）。若考慮電網(wǎng)調(diào)度因素，即存在豐水期河流水量充足而電網(wǎng)負(fù)荷受限的情況，水輪機(jī)在高水頭段運行的頻率還會高于下表中出現(xiàn)的頻率。

表4-1"""""" 水輪機(jī)各運行水頭范圍出現(xiàn)頻率表（B建成前）

水頭段（m）

代表年

77～

80

80～

85

85～

90

90～

95

95～

100

100～

103

枯水年

5.21

3.01

3.84

13.42

17.53

56.99

中水年

25.75

3.84

2.47

4.93

17.53

45.48

豐水年

27.12

1.096

5.21

4.93

18.36

43.29

多年平均

19.36

2.65

3.84

7.76

17.81

48.59

表4-2"""""" 水輪機(jī)各運行水頭范圍出現(xiàn)頻率表（B建成后）

水頭段（m）

代表年

77～

80

80～

85

85～

90

90～

95

95～

100

100～

103

枯水年

4.38

3.29

3.83

12.6

76.18

0.270

中水年

21.64

7.4

3.01

4.38

63.56

0

豐水年

26.3

1.64

4.11

9.86

58.08

0

多年平均

17.44

4.11

3.65

8.95

65.94

0.09

根據(jù)統(tǒng)計計算值可以判斷，三個流量代表年本電站機(jī)組大部分時間在95m以上水頭段運行。在電站下游的B電站建成前，機(jī)組的運行水頭超過100m的幾率達(dá)到50%;B電站建成后，本電站機(jī)組的運行水頭主要出現(xiàn)在95～100m之間。當(dāng)進(jìn)入汛期（6～9月）機(jī)組的運行水頭陡降至77～80m之間運行的幾率中水年和豐水年較大，而枯水年幾乎全年都在高水頭段運行。在B電站建成后，電站的尾水位主要是由B電站的水庫蓄水位確定，因此在枯期電站的尾水位在比B電站建成前抬高約2m，因此當(dāng)B電站建成后，100m以上水頭出現(xiàn)的頻率陡降，而95～100m水頭段頻率陡增。

4電站出力和單臺機(jī)組出力范圍分析

4.1電站出力

根據(jù)電站設(shè)計院提供的電站三個流量代表年的逐日流量數(shù)據(jù)，以及以上計算出的水輪機(jī)運行水頭，推算出電站全年的總出力曲線及電站出力范圍出現(xiàn)頻率圖。

"

枯水年電站出力范圍頻率（B建成前）枯水年電站出力范圍頻率（B建成后）

"

中水年電站出力范圍頻率（B建成前）"""" 中水年電站出力范圍頻率（B建成后）

"

豐水年電站出力范圍頻率（B建成前）"""" 豐水年電站出力范圍頻率（B建成后）

從上面幾個圖表可看出，在B電站建成前后，除了枯水年的三個出力范圍出現(xiàn)頻率稍有差異，中水年和豐水年的三個出力范圍出現(xiàn)頻率基本是一致的。在不考慮電網(wǎng)調(diào)度的情況，根據(jù)河流天然來流量的情況，枯水年全年單臺機(jī)組運行的時間超過一半。

4.2單機(jī)出力

根據(jù)電站設(shè)計院提供的電站三個流量代表年的逐日流量數(shù)據(jù)，以及以上計算出的水輪機(jī)運行水頭，推算出電站全年的總出力曲線以及單機(jī)出力范圍曲線。

單機(jī)出力范圍出現(xiàn)頻率表（B建成前）

單機(jī)出力范圍（MW）

代表年

17.6～

25

25～

30

30～

35

35～

40

40～

45

枯水年

12.6

36.7

17.35

13.7

19.45

中水年

15.62

22.47

14.25

12.05

35.62

豐水年

9.86

6.3

6.85

18.9

58.08

多年平均

12.69

21.82

12.82

14.88

37.72

注：上表機(jī)組出力均按平均分配考慮。

單機(jī)出力范圍出現(xiàn)頻率表（B建成后）

單機(jī)出力范圍（MW）

代表年

17.6～

25

25～

30

30～

35

35～

40

40～

45

枯水年

19.18

31.23

16.71

13.15

19.73

中水年

16.71

21.64

13.7

12.05

35.89

豐水年

9.59

5.21

6.85

23.84

54.52

多年平均

15.16

19.36

12.42

16.35

36.71

注：上表機(jī)組出力均按平均分配考慮。

根據(jù)統(tǒng)計值可以判斷，電站在枯水年和中水年，單機(jī)出力在每個負(fù)荷段出現(xiàn)的幾率相近，枯水年在30～35MW出力區(qū)間運行時間稍多，中水年機(jī)組滿負(fù)荷運行時間較多;而豐水年，機(jī)組有一半以上的時間處于滿負(fù)荷運行。根據(jù)三個代表年天然來流量的情況，單臺機(jī)組出力基本能保證在45%機(jī)組額定出力以上運行。