淺談貫流式水輪機的選型

1、淺談低水頭徑流式電站裝機容量確定陳長山丹東市水利勘測設計研究院118000摘要：丹東境內的電站以低水頭徑流式電站最多，而此類電站中引用流量較大的水輪機采用貫流式機組較適。文中通過工程實例，論述了此類電站裝機容量選擇的一種方法。1概述近年來，我國水電建設領域里一支異軍突起的項目-低水頭徑流式水電站，正在蒸蒸日上，蓬勃發(fā)展。而臥式布置的貫流式水輪機具有顯著的技術經濟優(yōu)勢，是此類水電站的首選機型。與常規(guī)的立式軸流水輪機相比，可節(jié)省電站建設費用，而且運行穩(wěn)定，提高年發(fā)電量。2低水頭徑流式電站確定裝機應注意的問題2.1注意水頭與流量的關系丹東地區(qū)的水電站絕大多數(shù)為徑流式電站，上游水位基本不變，而下游水位

2、受水電站流量控制，按電站下游的水位流量關系曲線變化。當電站流量增大時，下游水位抬高，即水頭降低，出力有可能降低。因此欲多利用水量提高水頭保證率，在機組選型過程中，必須降低額定水頭，增大裝機容量。2.2注意天然流量的限制徑流式電站無調節(jié)庫容，因而水頭變幅較大，出力受天然流量限制，引用流量是水輪機選型的重要參數(shù)之一。徑流式電站枯水期水頭高，但流量小，出力受限制，發(fā)不出額定出力；在豐水期初始階段，流量逐步增大，但水頭降低，出力仍然受限制；當流量隨來水量的增加而增大，其增大的速度大于水頭減少的速度時，出力隨之增加；當水頭和流量組合到某種工況，出力達到最大值；此后，流量雖然增加，但由于水頭降低速度快，使

3、出力逐漸減少，致使出力再次受限制。2.3注意水頭損失丹東地區(qū)境內的徑流式電站的水頭較低，按平均10m計算，而電站進水口的門槽、攔污柵、尾水槽等的局部損失按0.30m計算，占水頭的3%，因此水輪機選型必須計入水頭損失，否則水輪機無法發(fā)足額定容量，年發(fā)電量也達不到設計值。同時水輪機的額定水頭與電站最大發(fā)電流量并沒有同時出現(xiàn)。2.4采用概率計算方法由于徑流式電站參數(shù)變化較大，不宜采用常規(guī)的加權平均方法計算，而應當按照各種參數(shù)出現(xiàn)的概率進行計算。在選擇電站裝機容量時，必須以發(fā)電水頭和發(fā)電流量同時出現(xiàn)為前提。此外，在同樣的條件下，低水頭的水電站比中高水頭水電站的水輪機的尺寸增加較多，機組單價提高，電站建

4、設投資增大。因此選擇大型燈泡機組是一條最佳途徑。燈泡機組與軸流轉槳機組相比，具有能量參數(shù)高，平面尺寸小、運行性能好等優(yōu)點。3工程實例丹東境內愛河流域下游的三灣水利樞紐，是以城市供水為主，兼顧發(fā)電的綜合性樞紐工程。根據(jù)供水要求確定水庫的正常蓄水位為20.5m，電站為無調節(jié)徑流式，水輪機擬采用燈泡式貫流水輪機。3.1工程概況三灣水利樞紐攔河壩以上控制面積5869km2，其上游建有梨樹溝水文站，1957年觀測至今，水文站控制面積5629km2。經還原計算，壩址處多年平均年徑流量為32.30億m3。根據(jù)統(tǒng)計電站運行的最大水頭為12.33m，最小水頭為6.78m，多年平均加權平均水頭為11.08m。3.

5、2下游水位流量關系曲線的建立三灣壩址與梨樹溝水文站控制面積相差僅4.3%。在壩址下游150m處，設立水尺觀測水位。根據(jù)觀測的水位與同時梨樹溝站的流量（按面積比的2/3次方求得壩址處的流量），建立下游水位流量關系曲線。成果見表3.2.1、圖3.2.1。表3.2.1三灣壩下水位流量關系表水位（m）8.008.208.408.608.809.00流量(m3/s)3.96.810.715.822.632.1水位（m）9.209.409.609.8010.0010.20流量(m3/s)45.758.48.39107.80138.5177.20水位（m）10.4010.6010.8011.00流量(m3/

6、s)226.20280.9345.1421.1圖3.2.1三灣壩下水位流量關系曲線3.3引用流量的確定將梨樹溝水文平19571999年共43年的日平均流量按面積比至壩址處，按水能最優(yōu)利用率法，將流量分級，確定引用流量。計算成果見表3.3.1。表3.3.1水能最優(yōu)利用率計算表單位：M3/S、%利用流量可利用水量水量利用率設備運轉時間設備利用率總利用率3026513318.5883856.310.424031946922.3798750.911.355036579125.5731646.611.906040616128.4676943.112.237044171330.8631040.212.39

7、8047355733.1591937.712.469050250335.1558335.612.4810052919537.0529233.712.4511055364838.7503332.012.3912057652640.3480430.612.3213059789041.8459929.312.2314061792243.2441428.112.1315063679344.5424527.012.0216065478445.7409226.111.9217067183046.9395225.211.8118068801548.0382224.311.6919070350449.1370

8、323.611.5820071840650.2359222.911.47由上表可見引用流量在60150 m3/s之間較為合適，另外綜合考慮棄水天數(shù)。擬定引用流量為140 m3/s。3.4額定水頭的確定根據(jù)選定的引用流量，即電站最大發(fā)電流量。按壩下水位流量關系曲線查得下游水位為10.00m，參照其它電站初估水頭損失0.30m，則額定水頭為20.5-10-0.310.2m。貫流式水輪機的額定水頭是指電站發(fā)足裝機容量所需發(fā)電流量對應的上下游水位差并扣除損失后的水頭，而不是機組發(fā)額定出力進的最小水頭。3.5裝機容量確定根據(jù)選定的引用流量和額定水頭，考慮貫流式水輪機組效率較高，確定出力為N=8.5*14

9、0*10.2=12138kw，初步選定裝機容量為12000kw。4結論（1）按年利用小時法檢查：年利用小時數(shù)為2670小時，遼寧省小水電年利用小時數(shù)為25003500小時，因此按12000kw確定裝機是合適的。（2）用電能累積曲線法檢查：繪制出力保證率及電能累積曲線，如圖4.1。裝機容量選擇在1000015000之間是合適的。圖4.1（3）國外在選定貫流式水輪機的引用流量時，通常采用棄水天數(shù)法。本工程引用流量取140m3/s，根據(jù)43年資料統(tǒng)計棄水天數(shù)為45天，出現(xiàn)小于140 m3/s的累積頻率為87.7%。分析丹東的汛期為69月，大洪水多發(fā)生在7月下旬到8月下旬，個別年份發(fā)生在6、9月。認為棄水天數(shù)45天均合適。（4）常規(guī)確定額定水頭的方法為0.9倍的加權平均水頭。本工程貫流式水輪機的額