水力發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行問題探討

【摘要】在我國目前的電力應(yīng)用系統(tǒng)中，水力發(fā)電在其中占據(jù)著重要地位，因此國家對水力發(fā)電機的整體運行也有了更高的要求；但近年來，由于水力發(fā)電機組在運行中的一系列不穩(wěn)定情況，影響了整個系統(tǒng)的發(fā)揮功能，無法提高社會經(jīng)濟效益，因此本文根據(jù)水力發(fā)電機組的穩(wěn)定運行問題作相關(guān)闡述，提出實際解決方案。

【關(guān)鍵詞】水力發(fā)電機組；穩(wěn)定性；運行問題

在我國廣袤的地域上，遍布的河川為我們提供了極其豐富的水資源，水作為最清潔的一種發(fā)電資源，為全世界提供了五分之一的電力，因此其穩(wěn)定安全的運行對水力發(fā)電在電力系統(tǒng)中的地位有著極為重要的影響。但隨著現(xiàn)代社會發(fā)電量與日俱增，對水力發(fā)電的高需求導(dǎo)致其穩(wěn)定性不夠，無法進行有效的控制，使水力發(fā)電機組的工作效率和質(zhì)量也在不斷降低；另一方面，由于風(fēng)能、核能在發(fā)電應(yīng)用中的比重不斷增加，使得水力發(fā)電機組處在一種較為復(fù)雜的運行環(huán)境中。因此只有正確認(rèn)識到目前發(fā)電機組在運行中的穩(wěn)定問題，才能做出行之有效的對策。

一、水力發(fā)電機組運行中的穩(wěn)定性問題

為了解決水力發(fā)電機組所存在的穩(wěn)定性問題，以下從水力、機械和電氣三個方面分別作問題詳述。

1.1水力方面：因為水力設(shè)備的故障而導(dǎo)致機組運行的不穩(wěn)定也是存在的，尤其是當(dāng)以下故障發(fā)生時：①葉道渦設(shè)備故障 一般為了提高機組的綜合性能，水輪的轉(zhuǎn)輪在設(shè)計上會傾向讓葉片包角以及葉道的長度增加，讓在葉道里的漩渦更容易集聚；因此通常要求將葉道渦發(fā)展點間相互連線的葉道渦發(fā)展線必須要遠離機組運行區(qū)，避免水輪機在高水頭作運行時產(chǎn)生強烈振動。②卡門渦的設(shè)計問題 卡門渦是指液體繞過固態(tài)物體時，物體在尾流的左右兩側(cè)會形成一種相互交替、相反旋轉(zhuǎn)方向的對稱漩渦；若卡門渦的頻率與水輪機零件的頻率相近，就會產(chǎn)生共振從而造成危險。③尾水管渦帶 當(dāng)水輪機沒有以最優(yōu)工況行運時，尾水管里會出現(xiàn)反向渦帶，從而導(dǎo)致管內(nèi)水壓的脈動，最終使得運行機組噪聲、擺動、振動等狀況。

1.2機械方面：在現(xiàn)代的水力發(fā)電機組中，因為機械方面所造成的原因也占據(jù)著不可忽視的一部分，具體表現(xiàn)在：①機組軸線不同心 發(fā)電機組上端軸彎曲、偏心或軸線曲折，定子轉(zhuǎn)子以及軸與轉(zhuǎn)子的中心體不同心。②動態(tài)與靜態(tài)的質(zhì)量不平衡 機組在運行過一段時間以后，由于振動導(dǎo)致各部分零件產(chǎn)生位移、松動從而形成質(zhì)量上不平衡；在根據(jù)發(fā)電機組運行的實際情況中，由于轉(zhuǎn)子的上下部分在不同方位上的配重，可能還會出現(xiàn)不平衡力偶。③機組用于支撐的軸系剛度不足 用于機組支撐結(jié)構(gòu)的靜態(tài)剛度若是不足，會在外力的作用下發(fā)生較大的變形，相反若是動態(tài)的剛度不足，則會在外部不平衡力的作用下，是機組頻率變低，產(chǎn)生振動。

1.3電氣方面：在現(xiàn)階段中，影響水力發(fā)電機組的穩(wěn)定運行的問題中，電氣方面所存在的問題極為突出，其主要表現(xiàn)為：①靜態(tài)氣隙不均勻 由于發(fā)電機定子、轉(zhuǎn)子不圓或不同心所造成的氣隙不均勻，當(dāng)最小氣隙的位置固定后，即為靜態(tài)氣隙不均勻；而氣隙的不均勻會導(dǎo)致磁場不均，在定子與轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生不同周期性的變磁拉力，從而引起發(fā)電機組的振動。②動態(tài)氣隙不均勻 由于發(fā)電機的轉(zhuǎn)子磁極在運行中很容易松動，從而造成氣隙在運行中不均勻而產(chǎn)生振動。③因分?jǐn)?shù)槽產(chǎn)生的次諧波 當(dāng)次諧波和主機磁場相互作用時，會產(chǎn)生一系列小于主級磁場級數(shù)的行波，從而導(dǎo)致發(fā)電機產(chǎn)生振動。④定子鐵心不固定 當(dāng)定子鐵心的壓緊力不足時，在發(fā)電機組一段時間的運行下，經(jīng)過電磁力的作用，可能會導(dǎo)致鐵心沖片變得松動，在熱力作用之下，鐵心受熱膨脹到一定程度會受到機座約束，因此變得不協(xié)調(diào)而形成瓢曲；鐵心瓢曲和沖片松動都是造成發(fā)電機噪聲、振動的主要原因。⑤不對稱的三相負(fù)荷運行 在水力發(fā)電機組的運行過程中，由于定子單項的接地或者兩相間突發(fā)性短路時，會造成定子三相負(fù)荷不對稱，但這種情況是無法避免的；由于不對稱而產(chǎn)生的負(fù)序電流引起旋轉(zhuǎn)磁場，無論是較大還是較小的氣隙由于定子間不同大小的作用力而引起轉(zhuǎn)子和機座振動。

二、改善發(fā)電機組穩(wěn)定性的對策

針對發(fā)電機組在水力、機械、電氣方面具有代表性的相關(guān)問題，以下分別作出不同的穩(wěn)定運行對策。

2.1水力問題的對策：機組在水力方面運行時，需要對水流的共性作分析，通過減少相對應(yīng)設(shè)備的厚薄程度來防止設(shè)備可能產(chǎn)生共振的幾率，為了防止不同地區(qū)的不同水流可能會出現(xiàn)的損失，盡量避免此類設(shè)備在特定地區(qū)的使用；但主要以水力設(shè)備可能會出現(xiàn)損壞為防控方向，同時提高設(shè)備的設(shè)計質(zhì)量與安裝質(zhì)量，才是提高機組穩(wěn)定運行的根本。

2.2機械問題的對策：機械是發(fā)電機組組成的根本，因此要保障機組穩(wěn)定運行，就要保證機械設(shè)備的精度與質(zhì)量；首先要確定機械的制造與安裝工作，在工作中出現(xiàn)的問題作專項處理；對于引進的設(shè)備對其運行時候的狀態(tài)進行相關(guān)評定，讓機組在運行中的穩(wěn)定得到充分保障，做到具體問題具體分析。

2.3電氣問題的對策：電氣問題多是因為設(shè)備故障而引發(fā)電氣牽引出的磁場不均，從而導(dǎo)致出現(xiàn)安全事故，因此在電氣設(shè)備安裝運行時，對其實際情況作評估并精確測量，或通過額外增加的設(shè)備，同時提高機組的設(shè)計質(zhì)量，選用性能、剛度良好的材料，從而穩(wěn)定磁極部位，避免產(chǎn)生振動。

三、結(jié)語

水力發(fā)電在我國的運用中已經(jīng)走過了一百年，而我國通過水力進行發(fā)電的總量已經(jīng)成為世界之首，未來若要提升水力發(fā)電在發(fā)電項目中的比重，就要不斷提高機組的運行穩(wěn)定性，無論是從水力問題、機械問題還是電氣問題深入著手分析，都要做到及時發(fā)現(xiàn)、及時解決，從問題根本切入，做到具體問題具體分析；有效的提高機組運行穩(wěn)定才能實現(xiàn)水力發(fā)電的長期持續(xù)發(fā)展，才能實現(xiàn)更多的經(jīng)濟效益，才能為水力發(fā)電的行業(yè)提供更多可靠的保障。

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