水电机组及厂房安全稳定运行关键技术研究

2020年我国水电总装机容量达到3.8亿kW，其中常规水电3.4亿kW，抽水蓄能4000万kW，水电设备利用小时突破3800h。2020年9月22日，习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布，我国将力争于2030年前实现碳达峰、于2060年前实现碳中和，到2030年我国风电、太阳能总装机容量将达到12亿kW以上，非化石能源消费占比达到25%左右，越来越多的新能源机组的投入，意味着需要更多的可调节的手段，抽水蓄能及水电由于其开机快、负荷调整迅速等特点，成为电网稳定运行的重要调节砝码，同时“十四五”期间在新能源集中开发地区和负荷中心新增开工2000万kW以上装机容量、1000亿元以上投资规模的抽水蓄能电站，常规水电也将由供能转变为调能，增加电网的“弹性”。

为了更好地为电网服务，水电机组将要在更宽的运行范围运行，对于机组负荷的调节主要手段是通过调速器改变导叶开度，水轮机调速器是水电机组重要的控制设备，其调节与控制性能的好坏关系到整个水电机组的静态和动态性能，大型水电机组调速器的运行工况好坏直接会影响电力系统的可靠性，随着国家超级大型水电机组的相继投产，其调速器的可靠性未来将会直接决定着电网安全，因此对调速器的可靠性要求未来将达到一个新的高度。

机组的稳定运行要求将振动限制在允许的范围之内，由于水轮发电机组结构复杂，引起机组振动及异常的原因很多，主要分为三类问题：机械不平衡、电磁不平衡和水力不平衡。主要表现形式有：主要结构部件强度不够、导轴承故障、轴承甩油和溢油、空化空蚀、卡门涡引起的叶片裂纹等问题。

当机组的振动超过允许的范围，或振动的频率同机组的某固有频率相同而产生共振时，就会严重地影响机组的安全运行，严重的水力振动甚至会引起水电站厂房的局部振动，如张河湾抽水蓄能电站，在通过对转轮修型后，才解决了水力振动引起的厂房振动问题。

为了进一步推进我国水电机组及厂房安全稳定运行，我们组织国内水电行业现场工作的专家在调速器性能测试、水力机械轴向与径向水推力测试、推力轴承油膜特性、顶盖螺栓受力分析、动平衡分析与案例处理、振动原因分析及趋势预测、电站地下厂房模态与谐响应分析等方面撰写了7 篇高水平论文，对我国水电机组及厂房安全测试、分析的技术进行了总结，展示了部分我国水电机组及厂房安全稳定运行关键技术和应用，希望能够为我国水电机组安全稳定运行提供有益借鉴。“十四五”时期，水电将稳健发挥在高比例可再生能源体系中的特殊作用，进一步凸显其经济社会效益，水电机组及厂房安全稳定运行关键技术研究，将有利于从容应对新型电力系统对水电调节的新要求。