水能動力發(fā)電中水輪機組穩(wěn)定性的影響因素及對策

杜郁彤

摘?要：水資源不僅是生命的基礎(chǔ)保障性資源，同時也可以利用水能動力來發(fā)電。近年來，水力發(fā)電項目在新能源市場中的占比越來越高，為緩解地區(qū)用電需求提供了良好條件。在水能動力發(fā)電中，水輪機組是重要設(shè)備，其運行穩(wěn)定性對生產(chǎn)安全和生產(chǎn)效率關(guān)系密切。文章對水能動力發(fā)電中 水輪機組運行穩(wěn)定性的議題進行了探討，分析了水能動力發(fā)電中影響水輪機組運行穩(wěn)定性的因素，并對不同的原因進行分析并提出對策，圍繞影響水輪機組運行穩(wěn)定性的因素提出了優(yōu)化建議和措施，供相關(guān)人士參考。

關(guān)鍵詞：水能利用;水力發(fā)電;水輪機組;運行影響因素;穩(wěn)定性;對策

1引言

利用水能動力進行發(fā)電是提高水資源利用率的重要方式。隨著水力發(fā)電項目裝機規(guī)模的增大，對水輪機組的運行維護和管理工作提出了更高的要求。為了更好地創(chuàng)造安全穩(wěn)定的運行環(huán)境，對水能動力發(fā)電中水輪機組運行穩(wěn)定性的影響因素進行分析十分必要。結(jié)合影響水輪機組運行穩(wěn)定性的原因，提出科學(xué)的對策，提高水輪機組的運行可靠性，順利實現(xiàn)發(fā)電生產(chǎn)目標。

2水能動力發(fā)電中影響水輪機組運行穩(wěn)定性的因素

由于水資源環(huán)境本身具有波動性，因此當水力環(huán)境發(fā)生變化時，會對水輪機組的運行帶來影響。一方面，水力不平衡會形成卡門渦列，尾水管的空腔中發(fā)生壓力脈動。導(dǎo)葉開度調(diào)節(jié)變化過程中會引發(fā)葉片位置發(fā)生空化，繼而引發(fā)機組振動。另一方面，水輪機組設(shè)備及部件安裝質(zhì)量是否合格會對機組運行穩(wěn)定性造成影響。如果存在機組軸線對中不合格，或者部件存在缺陷，連接部位松緊度不合適，電磁組件安裝質(zhì)量不合格等情況，容易引發(fā)機組振動或設(shè)備故障，不利于水輪機安全穩(wěn)定運行。

3影響水輪機組運行穩(wěn)定性的原因及對策

水輪機組運行中，因勵磁電流增大而破壞機組運行穩(wěn)定。當降低定子端電壓時，振動情況有所減弱;當轉(zhuǎn)子回路中自動滅磁時，振動消失。可能的原因是轉(zhuǎn)子線圈發(fā)生短路;定子或轉(zhuǎn)子存在變形，造成二者間隙不對稱;主軸和轉(zhuǎn)子對中不合格。工作人員可以檢查線圈，用示波器查看是否存在短路;對轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙進行檢查和調(diào)整;對主軸和轉(zhuǎn)子重新進行對中。

水輪機組運行中，空載無勵造成強烈振動。當轉(zhuǎn)速提升時振動幅度增大，黨轉(zhuǎn)速降低時也有明顯振動。可能的原因是轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)輪存在不平衡;主軸和轉(zhuǎn)子對中不合格;推力軸承軸瓦位置不合理;主軸法蘭松動;噴嘴和水斗的組合關(guān)系不合理。工作人員可以對轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)輪的平衡關(guān)系進行監(jiān)測，通過動態(tài)平衡試驗消除不平衡現(xiàn)象;對主軸和轉(zhuǎn)子重新進行對中;從新調(diào)整勵磁機轉(zhuǎn)子位置、推力軸承軸瓦位置;檢查主軸法蘭，確保連接緊固;調(diào)整噴嘴和水斗組合關(guān)系。

水輪機運行中出現(xiàn)振動，當增大負荷后，振動強度有所減輕。可能的原因是機組主軸軸線不當;推力軸承軸瓦位置不合理。工作呢人員可對機組軸線重新進行調(diào)整，對推力軸承軸瓦位置進行校正。當增大運行負荷后，振動強度隨之增大。可能的原因是轉(zhuǎn)輪邊緣上的部件存在不對稱。工作人員可以檢查轉(zhuǎn)輪邊緣，清理掉突出物后用蓋板遮蓋;對止漏環(huán)進行檢查;對支撐結(jié)構(gòu)進行加固。

4水能動力發(fā)電中水輪機組運行穩(wěn)定性的提升措施

第一，對水輪機組進行水力優(yōu)化設(shè)計。水能動力發(fā)電中水輪機組運行不平穩(wěn)主要是振動異常導(dǎo)致的，引發(fā)振動的重要原因之一就是空化和空蝕。機翼的空化和空蝕受到很多因素的影響，包括設(shè)備自身的型號、參數(shù)、外界環(huán)境條件等。為了更好地提高水輪機組設(shè)備對復(fù)雜水力環(huán)境的適應(yīng)性，對機組設(shè)備進行水力優(yōu)化設(shè)計是提高水輪機組運行穩(wěn)定性的有效策略。葉片設(shè)計應(yīng)充分考慮空化和空蝕現(xiàn)象，提升部件適應(yīng)性，提升機組運行穩(wěn)定性。翼型葉片的設(shè)計中，模擬葉片背面壓力分布情況，將壓力最低值設(shè)計在葉片出口邊緣位置，這樣可以使氣泡潰滅發(fā)生在葉片外的區(qū)域，有效避免葉片主要部位發(fā)生空化和空蝕。轉(zhuǎn)輪葉片設(shè)計將壓力最低值設(shè)計在葉片尾部邊緣，這樣可以使氣泡潰滅發(fā)生在葉片尾部，避免空化和空蝕對葉片造成嚴重影響，減少機組振動。在水輪機型號的選擇和設(shè)計中，對水輪機的吸出高度、轉(zhuǎn)速、空化系數(shù)等進行全面考量，選擇最優(yōu)水輪機機型。一般比轉(zhuǎn)速越高需要轉(zhuǎn)輪埋設(shè)深度越深，空化系數(shù)越大。因此，可優(yōu)先選用比轉(zhuǎn)速低的機型，有利于減少空蝕引發(fā)的機組振動。

第二，對水輪機組運行條件進行改善。在設(shè)計相對固定的條件下，通過改善水輪機運行條件，提高水輪機組運行穩(wěn)定性。當設(shè)計工況偏離理想值較大時，運行速度、出流條件等也會發(fā)生改變，如果調(diào)整不當會加劇空化現(xiàn)象，使機組振動加劇。根據(jù)水電廠的實際運行環(huán)境，合理擬定水輪機組運行方式和運行參數(shù)，盡量使水輪機組保持在最優(yōu)工況區(qū)。在非設(shè)計工況下運行時，可在轉(zhuǎn)輪下部補氣，人為破壞空化空蝕現(xiàn)象，減輕機組振動，提升運行穩(wěn)定性。

第三，對水輪機組運行加強監(jiān)測診斷。加強信息化技術(shù)應(yīng)用，對水輪機組設(shè)備的運行工況進行有效監(jiān)測，利用軟件對水輪機組運行異常情況進行分析診斷，更好地掌握水輪機組運行變化情況，第一時間做出解決和應(yīng)對策略，避免運行缺陷或故障惡化，引發(fā)嚴重生產(chǎn)事故。構(gòu)建水輪機組運行數(shù)據(jù)庫，分析數(shù)據(jù)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，為開展水輪機水力優(yōu)化分析和設(shè)備診斷維護工作提供信息支持，優(yōu)化方案策略，提高運行水平。

5結(jié)語

綜上所述，水能動力發(fā)電是水資源利用的重要方式之一。隨著水電裝機規(guī)模的增大，水輪機組運行管理工作越發(fā)重要。由于水輪機組運行中受到多方面因素的影響，在不同程度上影響著水輪機組運行的穩(wěn)定性。因此，必須加強水輪機組運行穩(wěn)定性分析。結(jié)合影響水輪機組運行穩(wěn)定性的原因，通過對水輪機組進行水力優(yōu)化設(shè)計，對水輪機組運行條件進行改善，對水輪機組運行加強監(jiān)測診斷，提高水輪機組運行穩(wěn)定性，保障水電站生產(chǎn)目標順利實現(xiàn)。

參考文獻

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