水能動(dòng)力發(fā)電中水輪機(jī)組穩(wěn)定性的影響因素及對(duì)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(shí)也可以利用水能動(dòng)力來發(fā)電。近年來，水力發(fā)電項(xiàng)目在新能源市場(chǎng)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(dòng)力發(fā)電中，水輪機(jī)組是重要設(shè)備，其運(yùn)行穩(wěn)定性對(duì)生產(chǎn)安全和生產(chǎn)效率關(guān)系密切。文章對(duì)水能動(dòng)力發(fā)電中 水輪機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性的議題進(jìn)行了探討，分析了水能動(dòng)力發(fā)電中影響水輪機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性的因素，并對(duì)不同的原因進(jìn)行分析并提出對(duì)策，圍繞影響水輪機(jī)組運(yùn)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(jī)組;運(yùn)行影響因素;穩(wěn)定性;對(duì)策

1引言

利用水能動(dòng)力進(jìn)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(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模的增大，對(duì)水輪機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)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(yùn)行環(huán)境，對(duì)水能動(dòng)力發(fā)電中水輪機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性的影響因素進(jìn)行分析十分必要。結(jié)合影響水輪機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性的原因，提出科學(xué)的對(duì)策，提高水輪機(jī)組的運(yùn)行可靠性，順利實(shí)現(xiàn)發(fā)電生產(chǎn)目標(biāo)。

2水能動(dòng)力發(fā)電中影響水輪機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性的因素

由于水資源環(huán)境本身具有波動(dòng)性，因此當(dāng)水力環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，會(huì)對(duì)水輪機(jī)組的運(yùn)行帶來影響。一方面，水力不平衡會(huì)形成卡門渦列，尾水管的空腔中發(fā)生壓力脈動(dòng)。導(dǎo)葉開度調(diào)節(jié)變化過程中會(huì)引發(fā)葉片位置發(fā)生空化，繼而引發(fā)機(jī)組振動(dòng)。另一方面，水輪機(jī)組設(shè)備及部件安裝質(zhì)量是否合格會(huì)對(duì)機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性造成影響。如果存在機(jī)組軸線對(duì)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(jī)組振動(dòng)或設(shè)備故障，不利于水輪機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3影響水輪機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性的原因及對(duì)策

水輪機(jī)組運(yùn)行中，因勵(lì)磁電流增大而破壞機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。當(dāng)降低定子端電壓時(shí)，振動(dòng)情況有所減弱;當(dāng)轉(zhuǎn)子回路中自動(dòng)滅磁時(shí)，振動(dòng)消失?？赡艿脑蚴寝D(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(duì)稱;主軸和轉(zhuǎn)子對(duì)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(duì)轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙進(jìn)行檢查和調(diào)整;對(duì)主軸和轉(zhuǎn)子重新進(jìn)行對(duì)中。

水輪機(jī)組運(yùn)行中，空載無勵(lì)造成強(qiáng)烈振動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速提升時(shí)振動(dòng)幅度增大，黨轉(zhuǎn)速降低時(shí)也有明顯振動(dòng)?？赡艿脑蚴寝D(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)輪存在不平衡;主軸和轉(zhuǎn)子對(duì)中不合格;推力軸承軸瓦位置不合理;主軸法蘭松動(dòng);噴嘴和水斗的組合關(guān)系不合理。工作人員可以對(duì)轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)輪的平衡關(guān)系進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過動(dòng)態(tài)平衡試驗(yàn)消除不平衡現(xiàn)象;對(duì)主軸和轉(zhuǎn)子重新進(jìn)行對(duì)中;從新調(diào)整勵(lì)磁機(jī)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(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)振動(dòng)，當(dāng)增大負(fù)荷后，振動(dòng)強(qiáng)度有所減輕。可能的原因是機(jī)組主軸軸線不當(dāng);推力軸承軸瓦位置不合理。工作呢人員可對(duì)機(jī)組軸線重新進(jìn)行調(diào)整，對(duì)推力軸承軸瓦位置進(jìn)行校正。當(dāng)增大運(yùn)行負(fù)荷后，振動(dòng)強(qiáng)度隨之增大?？赡艿脑蚴寝D(zhuǎn)輪邊緣上的部件存在不對(duì)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(duì)止漏環(huán)進(jìn)行檢查;對(duì)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。

4水能動(dòng)力發(fā)電中水輪機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性的提升措施

第一，對(duì)水輪機(jī)組進(jìn)行水力優(yōu)化設(shè)計(jì)。水能動(dòng)力發(fā)電中水輪機(jī)組運(yùn)行不平穩(wěn)主要是振動(dòng)異常導(dǎo)致的，引發(fā)振動(dòng)的重要原因之一就是空化和空蝕。機(jī)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(hào)、參數(shù)、外界環(huán)境條件等。為了更好地提高水輪機(jī)組設(shè)備對(duì)復(fù)雜水力環(huán)境的適應(yīng)性，對(duì)機(jī)組設(shè)備進(jìn)行水力優(yōu)化設(shè)計(jì)是提高水輪機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性的有效策略。葉片設(shè)計(jì)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(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性。翼型葉片的設(shè)計(jì)中，模擬葉片背面壓力分布情況，將壓力最低值設(shè)計(jì)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(jì)將壓力最低值設(shè)計(jì)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(duì)葉片造成嚴(yán)重影響，減少機(jī)組振動(dòng)。在水輪機(jī)型號(hào)的選擇和設(shè)計(jì)中，對(duì)水輪機(jī)的吸出高度、轉(zhuǎn)速、空化系數(shù)等進(jìn)行全面考量，選擇最優(yōu)水輪機(jī)機(jī)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(jī)型，有利于減少空蝕引發(fā)的機(jī)組振動(dòng)。

第二，對(duì)水輪機(jī)組運(yùn)行條件進(jìn)行改善。在設(shè)計(jì)相對(duì)固定的條件下，通過改善水輪機(jī)運(yùn)行條件，提高水輪機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性。當(dāng)設(shè)計(jì)工況偏離理想值較大時(shí)，運(yùn)行速度、出流條件等也會(huì)發(fā)生改變，如果調(diào)整不當(dāng)會(huì)加劇空化現(xiàn)象，使機(jī)組振動(dòng)加劇。根據(jù)水電廠的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，合理擬定水輪機(jī)組運(yùn)行方式和運(yùn)行參數(shù)，盡量使水輪機(jī)組保持在最優(yōu)工況區(qū)。在非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí)，可在轉(zhuǎn)輪下部補(bǔ)氣，人為破壞空化空蝕現(xiàn)象，減輕機(jī)組振動(dòng)，提升運(yùn)行穩(wěn)定性。

第三，對(duì)水輪機(jī)組運(yùn)行加強(qiáng)監(jiān)測(cè)診斷。加強(qiáng)信息化技術(shù)應(yīng)用，對(duì)水輪機(jī)組設(shè)備的運(yùn)行工況進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，利用軟件對(duì)水輪機(jī)組運(yùn)行異常情況進(jìn)行分析診斷，更好地掌握水輪機(jī)組運(yùn)行變化情況，第一時(shí)間做出解決和應(yīng)對(duì)策略，避免運(yùn)行缺陷或故障惡化，引發(fā)嚴(yán)重生產(chǎn)事故。構(gòu)建水輪機(jī)組運(yùn)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(jī)水力優(yōu)化分析和設(shè)備診斷維護(hù)工作提供信息支持，優(yōu)化方案策略，提高運(yùn)行水平。

5結(jié)語

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

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