淺談在水能動力發(fā)電中水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性的主要影響因素及應(yīng)對措施

李星偉

摘要：水輪發(fā)電機組作為水電廠水能動力發(fā)電的重要設(shè)施，水輪發(fā)電機屬于關(guān)鍵的構(gòu)成部分，確保且運行的穩(wěn)定性？，無論在電網(wǎng)經(jīng)濟利潤，還是水電站運行安全方面，均產(chǎn)生很大的影響。如何確保其運行的穩(wěn)定性變得十分關(guān)鍵。本文通過以xx地區(qū)水電站為例，分析了水能動力發(fā)電中水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性的影響因素，提出了提升水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性的合理對策。此研究以分析水能動力發(fā)電中水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性的影響因素及應(yīng)對措施為目的，從而有效發(fā)揮出水輪發(fā)電機組的作用。

關(guān)鍵詞：水能動力發(fā)電；水輪發(fā)電機組；穩(wěn)定性；影響因素；應(yīng)對措施

前言：

對于水能動力發(fā)電中的水輪發(fā)電機組而言，經(jīng)常會受到各類不同因素的干擾和影響，導(dǎo)致其穩(wěn)定性沒有達到相關(guān)標準，其中，無論是電氣、機械，還是流體等，均是其中主要的影響因素，面對此種情況，基于確保水能動力發(fā)電的運行穩(wěn)定性的目的，應(yīng)深入探究與分析其中的影響因素，同時提出科學(xué)的處理對策，此項舉措具有重要的研究意義和實踐價值。

一、xx地區(qū)水電站概況簡介

xx水電站地處漢江的中游河段位置，周圍群山環(huán)繞，壩址控制流域面積達15.8萬km2，其平均流量1010m3/s，其中夏季時的徑流量占據(jù)了一整年的54%。表現(xiàn)出洪水峰高量較大的特點。整個水電站的樞紐工程涵蓋了混凝土重力壩、變電站、廠房及相關(guān)設(shè)施等部分。攔河壩按500年一遇洪水（13600m3/s）設(shè)計，廠房按200年一遇洪水（12400m3/s）設(shè)計，泄水建筑物按50年一遇洪水（10300m3/s）設(shè)計。電站最大壩高116米，壩頂長度為389.5m，正常蓄水位3310m，具有日調(diào)節(jié)能力。電站采用左側(cè)河床布置6孔溢流壩，右側(cè)河床布置6臺水輪發(fā)電機組的壩后式地面廠房方案，并裝設(shè)由國內(nèi)水電設(shè)備生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的HLA643—LJ-450規(guī)格的水輪機和型號為SF85-44/930規(guī)格的發(fā)電機，相應(yīng)的單機容量為85MW，目前均已投產(chǎn)發(fā)電。具體相關(guān)指標見下表1。

二、水能動力發(fā)電中水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性的影響因素分析

由于干擾力差異性，影響水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性的因素涵蓋三種情況：機械、水力以及電磁等影響因素[2]。由于產(chǎn)生的原因不一樣，導(dǎo)致形成的振頻也各異，詳情如下表2所示。

（一）機械因素導(dǎo)致的振動現(xiàn)象

對于由于機械因素導(dǎo)致的振動現(xiàn)象，一般表現(xiàn)為下述幾種情況：（1）機組的軸線不夠正、對中的效果不佳；（2）相應(yīng)的轉(zhuǎn)動零件在質(zhì)量方面出現(xiàn)失衡的狀況；（3）相應(yīng)的導(dǎo)軸承存在一定的不足；（4）相應(yīng)主軸的密封處理不到位，導(dǎo)致不良情況的出現(xiàn)；（5）有關(guān)靜板不夠平直、相應(yīng)的推力瓦水平度嚴重不足；（6）相應(yīng)的推力頭出現(xiàn)了松動的狀況；（7）有關(guān)導(dǎo)軸瓦的間隙調(diào)控不夠合理化；（8）相應(yīng)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生振擺的情況[3]。

水力因素導(dǎo)致的振動現(xiàn)象

對于水力因素導(dǎo)致的振動現(xiàn)象，所產(chǎn)生的原因可謂十分復(fù)雜。受到卡門渦列的影響，會導(dǎo)致振動情況發(fā)生。根據(jù)相應(yīng)的水力實驗可知，在流體徑向通過某個圓柱物體過程中，其后面將朝著兩條相互平行直線而形成具有特定間距的單渦，見下圖1。不同單渦采用旋轉(zhuǎn)交替方式被予以釋放，導(dǎo)致圓柱體形成具有周期特征的振動情況。

卡門渦列相應(yīng)振動頻率可以采用下述公式（1）進行計算：

同時，水力不平衡、尾水管渦等因素也會導(dǎo)致形成振動的情況，主要源于尾水管內(nèi)的空腔壓力脈動作用而形成。再加上軸流型水輪機的葉片也會產(chǎn)生一定的振動作用，使相應(yīng)的導(dǎo)葉開度產(chǎn)生變動，在具體的開度降低至某種程度的時候，此時葉片則產(chǎn)生表面的脫流或者空化作用，導(dǎo)致水輪發(fā)電機組產(chǎn)生振動的情況，影響到其穩(wěn)定性[4]。當然，針對具體的運作狀況，還可能由于導(dǎo)葉數(shù)與轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)無法相匹配而導(dǎo)致相應(yīng)的壓力脈動情況的發(fā)生。

（三）電磁因素導(dǎo)致的振動現(xiàn)象

導(dǎo)致產(chǎn)生振動的電磁因素涵蓋很多，比如：空氣相應(yīng)間隙缺少勻稱性、轉(zhuǎn)子繞組的短路以及磁極相應(yīng)次序差錯等等，進而致使磁路出現(xiàn)嚴重的不對稱情況，產(chǎn)生的磁拉力作用失衡。在某個磁極相應(yīng)的磁動勢由于受到短路影響變小后，與其相關(guān)的磁極磁動勢卻無變化，所以產(chǎn)生和轉(zhuǎn)子共同旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的徑向失衡磁拉力作用，形成轉(zhuǎn)子的振動情況。

同時，在發(fā)電機的轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不圓或者擺動的情況下，此時的空氣間隙也不夠勻稱，形成單面的失衡磁拉力作用，并在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)影響下，致使空氣間隙產(chǎn)生周期的變動。而單邊失衡的磁拉力則圍繞圓周形成周期的移動現(xiàn)象，致使機組產(chǎn)生振動，當磁電流變大時，由空氣間隙不夠勻稱導(dǎo)致的振動情況也更加明顯。

三、提升水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性的合理對策

（一）注重水輪機規(guī)格型號的科學(xué)選用

為了確保水輪機組運行的穩(wěn)定性，應(yīng)該做好水輪機相應(yīng)的水力設(shè)計工作，確保設(shè)計的合理性，并且注重水輪機規(guī)格型號的科學(xué)選用，處于電站設(shè)計時期，嚴格檢查所選用的不同類型水頭的規(guī)格型號與功能是否達標，進而達到既定的目標[5]。顯然，通過合理選用水輪機轉(zhuǎn)輪的規(guī)格型號，能夠保證水頭位置擁有穩(wěn)定、安全的運作區(qū)域，降低出現(xiàn)振動與裂紋的情況，從而減小其帶給水輪機的損害。所以，應(yīng)該確保水輪機的水頭變化的幅度不可過多，以相應(yīng)的轉(zhuǎn)速作為選用的參考因素，同時結(jié)合水頭的變化、水質(zhì)的情況、負荷可調(diào)控的區(qū)間、水輪發(fā)電機組的數(shù)量等因素予以合理選用。

（二）加大運作條件的改進和完善力度

設(shè)計相應(yīng)翼型過程中，能夠確保證空化程度較輕，面對此種狀況，一般并沒有產(chǎn)生相應(yīng)的空蝕情況。不過處于偏離設(shè)計工況很多的情況下，無論是轉(zhuǎn)輪相應(yīng)的出流條件，還是翼型相應(yīng)的繞流條件均形成很大變化，進而導(dǎo)致翼型的空腔空化現(xiàn)象變得更加嚴重。所以，應(yīng)加大水電廠運作條件的改進和完善力度，應(yīng)確保機組處于最佳工況區(qū)域下進行運作，規(guī)避上述情況的產(chǎn)生，從而使水輪機運行更加穩(wěn)定。

結(jié)論：

從論文的分析中不難獲知，深入探究和分析水能動力發(fā)電中水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性的影響因素及應(yīng)對措施具有重要意義。本文通過以xx地區(qū)水電站為例，分析了水能動力發(fā)電中水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性的影響因素，提出了提升水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性的合理對策：注重水輪機規(guī)格型號的科學(xué)選用、加大運作條件的改進和完善力度。望此研究的結(jié)果能引發(fā)有關(guān)人員的重視，從中獲取相應(yīng)的幫助，進而確保水輪發(fā)電機運作的安全穩(wěn)定性。

參考文獻：

[1]王寶金.水能動力發(fā)電中影響水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性的因素及其措施[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2017，26（14）：165-168.

[2]葉超.水利發(fā)電中水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性的影響因素及其策略[J].工程技術(shù)：全文版，2016，29（10）：00149-00150.

[3]李平，楊鶴.探析水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性的影響因素及其措施[J].科學(xué)與財富，2016，36（12）：180-182.

[4]羅海生.探析影響水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性的因素及其策略[J].工程技術(shù)：引文版，2016，29（23）：00056-00058.

[5]李文耀.淺議水輪發(fā)電機組的安裝質(zhì)量控制措施[J].大科技，2017，32（14）：142-145.