基于大中型水电站额定水头选择探讨

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1、规划设计东北水利水电2013年第11期[文章编号]1002-0624(2013)11一Ooo6一o3大中型水电站额定水头选择探讨秦守田(中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021)【摘要】水电站额定水头是水轮机组发额定容量时相应的最小水头，其选择是一个技术、经济等综合性问题。最佳的额定水头必须在满足稳定的前提下，通过经济技术综合比较，分析水轮机预想出力降低对电力系统平衡的影响等综合分析确定。文章重点介绍了大中型水电站额定水头的选择方式、方法。[关键词]额定水头；最大水头；最小水头【中图分类号]TV214[文献标识码】B1水头概述称之为计算水头，我国从前称为设计水头，现统

2、称额定水头。大中型水电站水头(或称落差)是水电站上、水电站水头随着水库上、下游水位的变化而下游某断面水位差，是水电站能量的两个主要动变化。具有调节能力的水库上游水位在正常蓄水力要素之一。水电站上游水位为水库水位，下游水位和死水位之间变化，变化很大，下游水位一般变位～般为水轮机尾水位。上、下游水位差称为毛水化较小，其水头随上、下游水位的变化而变化，最头，考虑到水流经过水工建筑物时产生沿程摩阻损大水头出现在水库蓄满时，最小水头多出现在水库失与局部损失，从毛水头中扣除损失后即得电站净放空时。无调节能力水库电站分高水头和低水头水头。水电站常用的特征水头有以下4种情况：两种情况，高水头电站的

3、水头一般变化较小，低水1)最大水头(日一)：最大水头为上、下游水位头电站的水头主要决定于电站下泄流量，由于下泄中可能同期出现的最大差值。一般上游水位最高、流量大会引起水库尾水位上升，导致水头减小。下游为最低时出现，它是水轮机结构强度设计时的～项重要数据。2额定水头选择2)最小水头()：最小水头为上、下游水位2．1额定水头概述中可能同期出现的最小差值。一般为上游水位最水电站额定水头是水轮机组发额定容量时相低、下游最高时出现，它是水轮机在低效区时保证应的最小水头，也称临界水头或计算水头。它在水水轮机安全稳定运行的最低水头。轮机运转特性曲线上表现为水轮机出力限制线与3)平均水头()：分为

4、算术平均和加权平均发电机出力限制线交点所对应的水头，是水电站水头两种，常采用以出力为权重的加权平均水头。最重要的特征水头。水电站额定水头、预想出力及4)额定水头(胁)：电站额定水头是水电站重受阻容量示意图见图1。要的特征水头，是水轮机在标准功率因数co~／,的2．2额定水头计算方法条件下，水轮机发出额定出力时所需要的最小水水轮机的额定水头与水轮机的特性、电力系头。电站额定水头是欧美各国一惯的叫法，俄罗斯统的要求、水库的调节性能、电站的发电量以及投·6·2013年第11期东北水利水电规划设计式机组不断发现振动、叶片裂纹现象，有的甚至在试运行期间或运行初期，就出现叶片裂纹和稳定性问题。

5、如大朝山水电站转轮在72h试运行期间即发现转轮出现裂纹。小浪底首台投产机组在运行初期发生大轴严重抖动并伴有异常噪音，经1330h后，发现13个叶片全部出现裂纹等问题，被迫停机修复和改进，给电力生产造成较大损失。巴基斯坦塔贝拉水电站11～14号机组在运行初期转轮叶片就出现裂纹，有的叶片甚至断裂。经专家们研究发现：运行不稳定或水力稳定性较差的机组，大多数为水头变幅大的混流式机组。经进一步研究发现：对于水头变幅比大的混流式水轮机，当额定水OP／kW头定得太低(Hmax／Hr≥1．15)，发电机出力限制线图1水电站额定水头、预想出力及受阻容量示意图在高水头区过分地侵入水轮机高效区，可能导致

6、资等有关，其选择应根据设计电站水头变化特性、大部分高效区被发电机出力限制线限制在外。另电站加权平均水头和电力电量平衡的要求进行选外，当水轮机在高水头、效率低区域运行时(即小择。具体工程方案比选中往往以电站最大、最小、负荷情况下)，由于导叶开度小，出现叶片进口水加权平均水头作为水轮发电机组额定水头胁的流正冲角过大，造成叶片进口边负压面脱流空化基础，一般可按下式估算：而形成叶道涡，由于叶片及转轮产生振动，使应力Hr=(1．1～1．2)Hmin增大，安全性和水力稳定性下降。表1统计了国内Hr=O．9H(河床式电站)外存在运行问题的部分水轮机参数。Hr=O．95H(坝后式电站)裹1国内外存

7、在运行不稳定问题的部分水轮机参数Hr=—蝴称一一(Hmin+)上述公式是水电工作人员根据工程的实际情岩滩30o868．559．4371．8SI．15≥60五强溪2加83944．53621I胡l≥5S况总结出来的经验公式，一直被工程设计人员所潘家口l505．58s63．536236l34≥7s参照和使用。从公式中反映出水轮机组额定水头，塔贝拉40o7．15l35．6l1Z354¨Z741．16≥l17靠近最小水头或低于电站的加权平均水头日，分小攘30o¨1．7lI2．O