水力發電機組的安全穩定運行問題探討

【摘要】在我國目前的電力應用系統中，水力發電在其中占據著重要地位，因此國家對水力發電機的整體運行也有了更高的要求；但近年來，由于水力發電機組在運行中的一系列不穩定情況，影響了整個系統的發揮功能，無法提高社會經濟效益，因此本文根據水力發電機組的穩定運行問題作相關闡述，提出實際解決方案。

【關鍵詞】水力發電機組；穩定性；運行問題

在我國廣袤的地域上，遍布的河川為我們提供了極其豐富的水資源，水作為最清潔的一種發電資源，為全世界提供了五分之一的電力，因此其穩定安全的運行對水力發電在電力系統中的地位有著極為重要的影響。但隨著現代社會發電量與日俱增，對水力發電的高需求導致其穩定性不夠，無法進行有效的控制，使水力發電機組的工作效率和質量也在不斷降低；另一方面，由于風能、核能在發電應用中的比重不斷增加，使得水力發電機組處在一種較為復雜的運行環境中。因此只有正確認識到目前發電機組在運行中的穩定問題，才能做出行之有效的對策。

一、水力發電機組運行中的穩定性問題

為了解決水力發電機組所存在的穩定性問題，以下從水力、機械和電氣三個方面分別作問題詳述。

1.1水力方面：因為水力設備的故障而導致機組運行的不穩定也是存在的，尤其是當以下故障發生時：①葉道渦設備故障 一般為了提高機組的綜合性能，水輪的轉輪在設計上會傾向讓葉片包角以及葉道的長度增加，讓在葉道里的漩渦更容易集聚；因此通常要求將葉道渦發展點間相互連線的葉道渦發展線必須要遠離機組運行區，避免水輪機在高水頭作運行時產生強烈振動。②卡門渦的設計問題 卡門渦是指液體繞過固態物體時，物體在尾流的左右兩側會形成一種相互交替、相反旋轉方向的對稱漩渦；若卡門渦的頻率與水輪機零件的頻率相近，就會產生共振從而造成危險。③尾水管渦帶 當水輪機沒有以最優工況行運時，尾水管里會出現反向渦帶，從而導致管內水壓的脈動，最終使得運行機組噪聲、擺動、振動等狀況。

1.2機械方面：在現代的水力發電機組中，因為機械方面所造成的原因也占據著不可忽視的一部分，具體表現在：①機組軸線不同心 發電機組上端軸彎曲、偏心或軸線曲折，定子轉子以及軸與轉子的中心體不同心。②動態與靜態的質量不平衡 機組在運行過一段時間以后，由于振動導致各部分零件產生位移、松動從而形成質量上不平衡；在根據發電機組運行的實際情況中，由于轉子的上下部分在不同方位上的配重，可能還會出現不平衡力偶。③機組用于支撐的軸系剛度不足 用于機組支撐結構的靜態剛度若是不足，會在外力的作用下發生較大的變形，相反若是動態的剛度不足，則會在外部不平衡力的作用下，是機組頻率變低，產生振動。

1.3電氣方面：在現階段中，影響水力發電機組的穩定運行的問題中，電氣方面所存在的問題極為突出，其主要表現為：①靜態氣隙不均勻 由于發電機定子、轉子不圓或不同心所造成的氣隙不均勻，當最小氣隙的位置固定后，即為靜態氣隙不均勻；而氣隙的不均勻會導致磁場不均，在定子與轉子上產生不同周期性的變磁拉力，從而引起發電機組的振動。②動態氣隙不均勻 由于發電機的轉子磁極在運行中很容易松動，從而造成氣隙在運行中不均勻而產生振動。③因分數槽產生的次諧波 當次諧波和主機磁場相互作用時，會產生一系列小于主級磁場級數的行波，從而導致發電機產生振動。④定子鐵心不固定 當定子鐵心的壓緊力不足時，在發電機組一段時間的運行下，經過電磁力的作用，可能會導致鐵心沖片變得松動，在熱力作用之下，鐵心受熱膨脹到一定程度會受到機座約束，因此變得不協調而形成瓢曲；鐵心瓢曲和沖片松動都是造成發電機噪聲、振動的主要原因。⑤不對稱的三相負荷運行 在水力發電機組的運行過程中，由于定子單項的接地或者兩相間突發性短路時，會造成定子三相負荷不對稱，但這種情況是無法避免的；由于不對稱而產生的負序電流引起旋轉磁場，無論是較大還是較小的氣隙由于定子間不同大小的作用力而引起轉子和機座振動。

二、改善發電機組穩定性的對策

針對發電機組在水力、機械、電氣方面具有代表性的相關問題，以下分別作出不同的穩定運行對策。

2.1水力問題的對策：機組在水力方面運行時，需要對水流的共性作分析，通過減少相對應設備的厚薄程度來防止設備可能產生共振的幾率，為了防止不同地區的不同水流可能會出現的損失，盡量避免此類設備在特定地區的使用；但主要以水力設備可能會出現損壞為防控方向，同時提高設備的設計質量與安裝質量，才是提高機組穩定運行的根本。

2.2機械問題的對策：機械是發電機組組成的根本，因此要保障機組穩定運行，就要保證機械設備的精度與質量；首先要確定機械的制造與安裝工作，在工作中出現的問題作專項處理；對于引進的設備對其運行時候的狀態進行相關評定，讓機組在運行中的穩定得到充分保障，做到具體問題具體分析。

2.3電氣問題的對策：電氣問題多是因為設備故障而引發電氣牽引出的磁場不均，從而導致出現安全事故，因此在電氣設備安裝運行時，對其實際情況作評估并精確測量，或通過額外增加的設備，同時提高機組的設計質量，選用性能、剛度良好的材料，從而穩定磁極部位，避免產生振動。

三、結語

水力發電在我國的運用中已經走過了一百年，而我國通過水力進行發電的總量已經成為世界之首，未來若要提升水力發電在發電項目中的比重，就要不斷提高機組的運行穩定性，無論是從水力問題、機械問題還是電氣問題深入著手分析，都要做到及時發現、及時解決，從問題根本切入，做到具體問題具體分析；有效的提高機組運行穩定才能實現水力發電的長期持續發展，才能實現更多的經濟效益，才能為水力發電的行業提供更多可靠的保障。

參考文獻：

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