淺談燈泡貫流式電站的優(yōu)化運行

黃少玲

(四會市江谷水庫管理處，廣東 四會 526200）

燈泡貫流式機組具有過流通道水力損失少、過流量大、較高比轉速、發(fā)電機組結構緊湊等特點，故其發(fā)電效率高、汽蝕性能好、建設周期短、淹沒移民少、投資省，在低水頭電站中得到廣泛應用和迅速發(fā)展。如何使發(fā)電機組在耗水量最少的情況下安全、高效、發(fā)電量最多地運行則是燈泡貫流式電站優(yōu)化運行的問題。電站的優(yōu)化運行，應從燈泡貫流式機組的結構配置及基本特性著手，通過總結運行經(jīng)驗逐步地深化掌握。

1 燈泡貫流式水輪發(fā)電機組概述

燈泡貫流式水輪機發(fā)電機組臥軸水平布置，水輪機的主要過流部件臥式布置在一條直線上；發(fā)電機密封安裝在水輪機上游側的金屬燈泡體中，發(fā)電機主軸與水輪機主軸水平連接。水流軸向流過流道，與軸對稱流過轉輪葉片，流出直錐形尾水管。機組的軸系支承結構、軸承等也布置在燈泡體內。由于燈泡貫流式水輪機進出口水流暢直，水流能量損失較小，效率高，單位流量大，單位比轉速較高，所以在同一水頭，同一出力下，發(fā)電機與水輪機尺寸都較小，從而減少了土建工程量，節(jié)省了投資。但同時發(fā)電機的安裝在水下密閉的燈泡體內亦給電機的通風冷卻、密封、軸承的布置和發(fā)電后的運行檢修帶來不小的困難。

2 燈泡貫流式水輪發(fā)電機組的運行穩(wěn)定性

燈泡貫流式機組臥軸設計，流道對稱布置，其機組的轉動慣量較小、水頭適應性強，且采用了導葉與槳葉雙重調節(jié)，所以在靜態(tài)運行時，機組振動小、運行穩(wěn)定，效率高。但在動態(tài)運行時則振動大、穩(wěn)定性差，主要表現(xiàn)在：

（1）過渡穩(wěn)定性差。貫流式機組轉動慣量較小，通常為立式機組的30%～50%，因此當外部機械力矩發(fā)生改變時，將直接引起機組的轉動角加速度較大變化，從而使其調整的變量比其他機組大。同時貫流式機組一般都運行水頭低、引用流量大，所以水力系統(tǒng)的慣性系數(shù)較大，機組在動態(tài)負荷調節(jié)或者響應大波動的過渡過程穩(wěn)定性差。

（2）動態(tài)調節(jié)振動較大。燈泡貫流式機組臥式布置，其主支撐管形座在整個機組結構中相當于一個支點，將機組所承受的水推力、重力、水浮力、發(fā)電機不平衡磁拉力等荷載通過上、下立柱傳遞至混凝土基礎。這種單支撐結構，使機組在運行中如果發(fā)生了長時間的水力不平衡和系統(tǒng)負荷的擾動，將引起較大的水力振動和機組振動。

（3）系統(tǒng)容易產生協(xié)聯(lián)振動。燈泡貫流式機組一般設置有導葉、槳葉雙重調節(jié)功能。因為機組引用流量大，導葉、槳葉開度適應范圍也較大,所以設計中為滿足調保計算的要求,設置導葉、槳葉全開全關的時間就不同：對于導葉要求及時響應、操作到位,因此它操作速度較快；而槳葉則跟隨導葉調節(jié),速度較慢,通常操作時導葉比槳葉的動作速率要快3～6倍。當機組響應系統(tǒng)負荷變化時,導葉能及時動作,而槳葉需要較長時間才能操作到位，在這個操作過程中，機組處于一種非協(xié)聯(lián)工況,水力振動和噪聲增大。如果系統(tǒng)的負荷變化周期短或變化持續(xù)時間長,機組動態(tài)調節(jié)的時間就長，非協(xié)聯(lián)工況運行的時間也長,機組就會產生持續(xù)振動。

4 燈泡貫流式機組的優(yōu)化運行

4.1 控制好水頭和流量，使機組盡量運行在最佳工況下。

燈泡貫流式水電站的水庫庫容較小，一般只有日調節(jié)能力；而且該機型運行水頭低，水頭變化對出力影響很大，若調節(jié)不好，還會出現(xiàn)轉輪室振動加大等問題。所以在機組運行中，要及時根據(jù)水頭和流量的變化調整負荷運行。

（1）豐水期，電站運行管理層應多渠道了解當?shù)丶吧嫌螏靺^(qū)的天氣，留意上游庫區(qū)的降雨情況，合理利用洪水過程調度水庫水位安排發(fā)電。在洪水來前加大機組出力，提前騰出庫容；在洪水上漲至汛限水位時逐步加大泄水流量，適當降低水庫水位；當最大洪水流量過程結束時，調整水庫下泄流量使水庫水位逐步提高；整個洪水流量過程結束時，水庫水位控制在最高汛限水位。

（2）平水期，機組應按照該水輪機的運轉特性曲線調整負荷，使機組在最優(yōu)工況下運行。

（3）枯水期，主要通過提高水頭來增加機組出力?？筛鶕?jù)徑流量在滿足下游基流量的情況下，在晚上減少或全停機組運行的臺數(shù)，蓄高水庫上游水位，降低下游水位；到白天則按上游來水量和水頭適當增加機組運行臺數(shù)，使機組在高水頭工況下運行。這樣除提高發(fā)電機組的水頭利用率外，還可利用豐期的高電價提高發(fā)電收入，減少運行人員的勞動強度。

（4）加強上游梯級水庫的來水測報。在梯級電站中，下游電站要多與上游電站溝通，及時了解上游的來水及上一級電站的機組開停時間，通過運行經(jīng)驗合理安排發(fā)電。

4.2 控制好機組的協(xié)聯(lián)運行

燈泡貫流式機組一般采用水輪機的導葉和槳葉同時參與調節(jié)的雙重調節(jié)方式以保證機組運行在高效率區(qū)。電站在運行過程中，應參照機組廠家提供的導葉、槳葉協(xié)聯(lián)關系曲線，對投入運行后的機組在不同的水頭、流量下反復進行協(xié)聯(lián)關系試驗，在保證機組穩(wěn)定安全運行下得出最佳的協(xié)聯(lián)關系曲線，并盡量使機組按該曲線運行。如某電站在投產初期，由于運行經(jīng)驗不足，兩臺機組按照廠家提供的協(xié)聯(lián)曲線運行時振動都較大，且兩臺機組因流道進出水口的流態(tài)稍不相同使振動和發(fā)電量亦都不相同。后來電站的技術人員通過總結運行經(jīng)驗，在不同的水頭、流量下對機組進行反復協(xié)聯(lián)關系試驗，繪出每臺機組最優(yōu)的協(xié)聯(lián)關系曲線并按該曲線運行，為此，機組振動減小，發(fā)電量增多。

4.3 提升機組設備的自動化程度

燈泡貫流式機組的動態(tài)穩(wěn)定性差，這需要可靠性和自動化程度高的輔助設備來保證其快速調節(jié)，穩(wěn)定運行。首先，在調速器控制系統(tǒng)中，采用可靠、靈敏、動作快速的數(shù)字式（微機）調速器，正確處理導葉與槳葉的協(xié)聯(lián)關系、開停機、緊急停機等。其次，機組采用微機保護，特別是失磁保護應采用完整意義上的微機失磁保護，減少和避免保護誤動、拒動的現(xiàn)象發(fā)生。再次，采用完善的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)整個電站所有設備的控制、測量、監(jiān)視和保護。最后，機組配套的輔助設備，如勵磁、制動、機組通風冷卻系統(tǒng)、油水氣系統(tǒng)等也要根據(jù)實際的運行需要進行完善和升級改造，以減少設備的故障，保證機組的安全運行，避免因故障停機或減負荷運行造成發(fā)電量的減少。

4.4 及時清理攔污柵前的垃圾

燈泡貫流式機組一般建在河流的主干上。豐水期，河流的來流量較大，特別是洪水期間，巨大水流夾帶著上游各種漂浮物聚集在機組進水口攔污柵或大壩閘門附近。這種漂浮物若不及時清理，將使機組進水口攔污柵前后水位差達幾十厘米，甚至幾米，嚴重減少機組的出力，甚至使得機組的運行振動加劇，從而影響機組的安全運行。某電站曾在2001年的第一場洪水期間，漂浮物過多，清理不及時，使攔污柵前后水位差達1.1米，多臺回轉式清污機運轉時負載過重，出現(xiàn)斷鏈故障。最后只能全停發(fā)電機組通過啟動大壩閘門排污，整個停機處理過程長達一個星期，嚴重影響電站的發(fā)電效益。因此應及時清理攔污柵前的垃圾以保證電站有較高運行水頭，提高發(fā)電效益。

4.5 加強與電力部門的溝通。

由于燈泡貫流式機組的動態(tài)調節(jié)穩(wěn)定性差，振動大，因此應盡量減少機組負荷調節(jié)的頻率。這除了優(yōu)化水庫調度外，還要根據(jù)上游來水與電力部門協(xié)商，使機組長時間穩(wěn)定在某一負荷運行，并避免機組提任峰荷或孤網(wǎng)調度運行，杜絕近區(qū)直供高耗能的不平衡負荷。

4.6 加強電站運行檢修人員的管理

設備的使用好壞，操作者是其中一個關鍵。運行人員作為電站設備的直接操作者和控制者，需及時了解設備的運行狀態(tài)，做到勤聯(lián)系、勤調整、勤分析、勤檢查，正確、迅速處理故障或事故，將事故影響減小到最小范圍。例如某電站的運行人員在巡視集水井時，發(fā)現(xiàn)集水井漂浮了一層薄薄的油漬，則馬上報告當班值長并檢查軸承回油箱的油位情況，發(fā)現(xiàn)軸承油量多了。后經(jīng)停機檢查，原來是軸承回油箱冷卻器的其中一銅管有處裂縫，軸承油摻水。電站立即更換機組的軸承油。如果這事故發(fā)現(xiàn)不及時，最后將有可能導致機組燒軸瓦，后果嚴重。運行人員應以對自已負責、對電站負責的正確態(tài)度當好班。

燈泡貫流水輪發(fā)電機組相對其它機型來說，維護檢修麻煩，質量要求高，特別是電機的通風冷卻、密封、軸承等。因此對檢修人員提出了較高的技術要求，檢修人員除定期對設備進行巡視檢查，發(fā)現(xiàn)設備異常及時處理外，在維修設備時要嚴格按照相應的安裝技術參數(shù)進行維修，保證檢修質量。

結語

燈泡貫流式電站的優(yōu)化運行可通過優(yōu)化水庫的調度、改善機組的運行特性、提高設備性能和人員素質等多方面進行，既要最大限度地多發(fā)電，又要保證機組安全穩(wěn)定地運行，從而提高電站的經(jīng)濟效益。

［1］楊類琪.淺談我國燈泡貫流式機組的發(fā)展［J］.人民珠江，2005（S1）

［2］劉宇華.燈泡貫流式水輪機水力振動的形成及其影響［J］，今日科苑.2008（8）

［3］中水珠江規(guī)劃勘測設計有限公司.燈泡貫流式水電站[M].中國水利水電出版社，2009年(8).