浅析汛期影响水轮发电机出力的因素

王治育

（黄河公司陇电分公司 甘肃兰州 730060）

浅析汛期影响水轮发电机出力的因素

王治育

（黄河公司陇电分公司 甘肃兰州 730060）

简介八盘峡水电站汛期来水对发电机运行的影响。具体分析汛期影响水轮发电机出力的主要因素，根据影响因素，提出应对措施。

八盘峡水电站；影响出力；应对措施

八盘峡电站为日调节水电站，安装6台单机容量为36MW的轴流转桨式发电机组。水库具有水库和河道双重特性，库容及调节库容小，上游汇入水库的干、支流流域水土流失较严重，支流湟水河的流量陡涨陡落变化大、预见性差，流量不可控。常年来水水质较差。每年进入汛期后，水库来水泥沙含量大、裹挟的杂物较多，水质进一步恶化。水流夹带着上游各种漂浮物聚集在机组进水口附近，当漂浮物的聚集达到一定量时机组进水口拦污栅前后水位差增大，降低水轮机的工作水头，使机组的出力大大降低；部分杂物经拦污栅孔进入机组蜗壳，造成运行机组流道中过水面积的减少和水轮机水力不平衡，影响机组的安全运行；或进入机组蜗壳的杂物夹在机组导叶之间造成机组导叶连杆破断或导叶弹簧连杆弯曲变形，造成机组无法完成自动停机流程，迫使需要停机的机组重新开机并网，此时机组运行振动、摆度加剧，易出现轴瓦温度升高的现象，严重影响电站的安全运行。现结合汛期的特点对影响水轮发电机出力的因素进行分析。根据各个影响因素，采取应对措施。

无论何种类型的水轮发电机均是利用水流能量通过对水轮发电机组转轮轮叶做功，达到能量转换的目的。水轮发电机的功率N=9.81QHN，所以在机组设备健康水平较高的情况下，影响水轮发电机组出力的因素是：流经水轮机的流量Q，有效工作水头H，水轮发电机的效率N及其它生产方式产生的限制。

1 影响水轮机进水流量Q的因素

（1）水库来水水质差出现运行机组拦污栅压淤塞严重，流入水轮机的流量相对减小，引起水轮发电机出力下降。

（2）机组蜗壳内进入杂物，运行机组流道过水面积减少和出现水力不平衡现象；机组导叶间夹有杂物或由于树木，杂草等杂物堆砌在蜗壳内致使机组导叶无法操作，进入转轮室的流量减小；机组导叶间隙调整不一致，导叶轴套和端面间夹有异物，调整导叶开度时，导叶动作不一致，出现水力不平衡，引起水轮发电机出力下降。

2 影响工作水头H的因素

（1）运行机组拦污栅压差增大，运行机组做功的工作水头减小，即水能的势能减小，根据能量守恒定律，产生能量转换的动能也减小，引起水轮发电机出力下降。

（2）根据防洪需求上游水库水位下降；下游电站高水位运行雍高电站尾水水位；全站大流量运行电站机组都开机并网运行，机组导叶处于全开位，机组过流量大或电站泄洪闸开启排水泄洪，电站尾水水位升高，运行机组做功的有效工作水头减小，引起水轮发电机出力下降。

3 影响机组效率N的因素

水轮机效率N是水轮机能量转换能力的大小，是衡量水轮发电机经济运行的重要指标之一，但水轮机不可能将水能全部有效的转换成机械能传递给发电机组。这是因为水轮机在工作过程中会产生能量损失。根据损失的特性，可分解为：容积损失，水力损失，机械损失。相应于各类损失的效率分别称为容积效率Nr，水力效率Ns，机械效率Nj。水轮机的总效率N等于其容积效率Nr，水力效率Ns，机械效率Nj的乘积。

（1）容积损失：在轴流转桨式机组中，进入水轮机的流量Q不可能全部进入转轮做功，其中有一小部分会从水轮机的旋转部分与固定部分之间的缝隙中漏损了，这部分损失称为容积损失。由于电站水轮机的转轮及叶片长期处于较差的水质中运行，不断受到气蚀和泥沙磨损的作用，出现转轮叶片变小或掉角现象，增大了电站水轮机的容积损失，降低了效率Nr。

（2）水力损失：水轮机工作时，水流流经引水部件，导水部件，转轮和尾水管等过流部件。为克服过流部件的各种水力阻力（水流的沿程摩擦损失和局部的撞击，漩涡，脱流等）所引起的水头损失，称为水头损失。长期运行的机组期过流部件表面随着气蚀及过流部件堆砌异物，增大了水轮机的水力损失，降低了效率Ns.

（3）机械损失：水流传给水轮机转轮的有效功率不能完全转化为机械能输出，其中有一小部分消耗在各种机械损失上，称为机械损失。如机组轴承和轴封处的摩擦损失，主轴密封面的摩擦损失等。水轮机振动增大也会增大水轮机的机械损失，降低效率Nj。运行机组的摩擦损失是不可避免的。

为了提高机组效率N，力求水轮机长期处于高效率区运行，必须使机组出力、流量、工作水头达到一定的匹配关系。只有当流量满足“无撞击进口”和“法向出口”的条件时，水轮机水力损失才达到最小，效率最高。但这种最优工况是流量，水头，转速在特定条件下形成的，实际运行中水轮机的工作水头和流量总是变化的，不可避免的要偏离最优工况。出现偏离最优工况时水轮机水力损失增大，机组振动增大，机械损失也增大，机组效率也就会下降。所以应尽量维持机组在额定工况下运行，始终保持导叶开度和轮叶角度协联，力求机组在最优工况下运行。

4 其他影响发电机出力的因素

机组主辅设备的缺陷使水轮发电机的出力受到影响；环境温度升高，发电机组冷却润滑系统水温、油温上升，机组定子铁芯、线圈或轴瓦温度升高等现象也影响水轮发电机的出力；特殊的运行方式，如水库限水位、电网限负荷、调频调压等因素也会限制发电机的出力。

5 应对措施

结合上述原因的分析，在汛期保证机组的经济运行应采取如下措施：

（1）机组拦污栅压差测报及时清污，减少水头损失。加强对机组进水口拦污栅压差监视，根据压差变化及时调整负荷，联系调度申请停机清污，来水漂浮物较多时，联系调度利用泄洪将污物顺利排至下游。以减小该机组的水头损失，提高效率。

（2）运行人员监视上游水位变化做到工作中勤联系，勤调整，使机组工作水头保持最佳，提高水轮发电机组的效率。

（3）提高巡检质量，发现缺陷及时联系处理，确保运行机组设备健康水平。

（4）提高机组检修质量，有效完成对检修机组过流部件的磨损进行检查和补焊处理，减小水力损失，达到效率提高的目的。

（5）优化机组运行方式，合理分配机组负荷，选择机组最优工况区域，尽力保证机组在此工况下连续稳定运行。

6 结语

汛期影响水轮发电机出力的因素较多，最突出的因素是上游来水水量增大、水质恶化，发电机长周期连续运行，出现的问题不能得到有效的处理，增加了影响安全运行的不确定因素。在运行维护工作中采取多种行之有效的技术和管理措施，分析、掌握设备运行工况，探索创新，才能更好的克服不利因素，提高机组的出力，创造更大的经济效益。

[1]刘大凯.水轮机[M].河南：水利电力出版社，1997：41～45.

TV734

A

1004-7344（2016）03-0106-01

2016-1-10

王治育（1976-），男，汉族，甘肃永靖人，运行技师，从事电厂运行维护工作。