浅谈灯泡贯流式电站的优化运行

2013-08-15黄少玲

中国新技术新产品 2013年7期

黄少玲

(四会市江谷水库管理处，广东四会 526200）

灯泡贯流式机组具有过流通道水力损失少、过流量大、较高比转速、发电机组结构紧凑等特点，故其发电效率高、汽蚀性能好、建设周期短、淹没移民少、投资省，在低水头电站中得到广泛应用和迅速发展。如何使发电机组在耗水量最少的情况下安全、高效、发电量最多地运行则是灯泡贯流式电站优化运行的问题。电站的优化运行，应从灯泡贯流式机组的结构配置及基本特性着手，通过总结运行经验逐步地深化掌握。

1 灯泡贯流式水轮发电机组概述

灯泡贯流式水轮机发电机组卧轴水平布置，水轮机的主要过流部件卧式布置在一条直线上；发电机密封安装在水轮机上游侧的金属灯泡体中，发电机主轴与水轮机主轴水平连接。水流轴向流过流道，与轴对称流过转轮叶片，流出直锥形尾水管。机组的轴系支承结构、轴承等也布置在灯泡体内。由于灯泡贯流式水轮机进出口水流畅直，水流能量损失较小，效率高，单位流量大，单位比转速较高，所以在同一水头，同一出力下，发电机与水轮机尺寸都较小，从而减少了土建工程量，节省了投资。但同时发电机的安装在水下密闭的灯泡体内亦给电机的通风冷却、密封、轴承的布置和发电后的运行检修带来不小的困难。

2 灯泡贯流式水轮发电机组的运行稳定性

灯泡贯流式机组卧轴设计，流道对称布置，其机组的转动惯量较小、水头适应性强，且采用了导叶与桨叶双重调节，所以在静态运行时，机组振动小、运行稳定，效率高。但在动态运行时则振动大、稳定性差，主要表现在：

（1）过渡稳定性差。贯流式机组转动惯量较小，通常为立式机组的30%～50%，因此当外部机械力矩发生改变时，将直接引起机组的转动角加速度较大变化，从而使其调整的变量比其他机组大。同时贯流式机组一般都运行水头低、引用流量大，所以水力系统的惯性系数较大，机组在动态负荷调节或者响应大波动的过渡过程稳定性差。

（2）动态调节振动较大。灯泡贯流式机组卧式布置，其主支撑管形座在整个机组结构中相当于一个支点，将机组所承受的水推力、重力、水浮力、发电机不平衡磁拉力等荷载通过上、下立柱传递至混凝土基础。这种单支撑结构，使机组在运行中如果发生了长时间的水力不平衡和系统负荷的扰动，将引起较大的水力振动和机组振动。

（3）系统容易产生协联振动。灯泡贯流式机组一般设置有导叶、桨叶双重调节功能。因为机组引用流量大，导叶、桨叶开度适应范围也较大,所以设计中为满足调保计算的要求,设置导叶、桨叶全开全关的时间就不同：对于导叶要求及时响应、操作到位,因此它操作速度较快；而桨叶则跟随导叶调节,速度较慢,通常操作时导叶比桨叶的动作速率要快3～6倍。当机组响应系统负荷变化时,导叶能及时动作,而桨叶需要较长时间才能操作到位，在这个操作过程中，机组处于一种非协联工况,水力振动和噪声增大。如果系统的负荷变化周期短或变化持续时间长,机组动态调节的时间就长，非协联工况运行的时间也长,机组就会产生持续振动。

4 灯泡贯流式机组的优化运行

4.1 控制好水头和流量，使机组尽量运行在最佳工况下。

灯泡贯流式水电站的水库库容较小，一般只有日调节能力；而且该机型运行水头低，水头变化对出力影响很大，若调节不好，还会出现转轮室振动加大等问题。所以在机组运行中，要及时根据水头和流量的变化调整负荷运行。

（1）丰水期，电站运行管理层应多渠道了解当地及上游库区的天气，留意上游库区的降雨情况，合理利用洪水过程调度水库水位安排发电。在洪水来前加大机组出力，提前腾出库容；在洪水上涨至汛限水位时逐步加大泄水流量，适当降低水库水位；当最大洪水流量过程结束时，调整水库下泄流量使水库水位逐步提高；整个洪水流量过程结束时，水库水位控制在最高汛限水位。

（2）平水期，机组应按照该水轮机的运转特性曲线调整负荷，使机组在最优工况下运行。

（3）枯水期，主要通过提高水头来增加机组出力。可根据径流量在满足下游基流量的情况下，在晚上减少或全停机组运行的台数，蓄高水库上游水位，降低下游水位；到白天则按上游来水量和水头适当增加机组运行台数，使机组在高水头工况下运行。这样除提高发电机组的水头利用率外，还可利用丰期的高电价提高发电收入，减少运行人员的劳动强度。

（4）加强上游梯级水库的来水测报。在梯级电站中，下游电站要多与上游电站沟通，及时了解上游的来水及上一级电站的机组开停时间，通过运行经验合理安排发电。

4.2 控制好机组的协联运行

灯泡贯流式机组一般采用水轮机的导叶和桨叶同时参与调节的双重调节方式以保证机组运行在高效率区。电站在运行过程中，应参照机组厂家提供的导叶、桨叶协联关系曲线，对投入运行后的机组在不同的水头、流量下反复进行协联关系试验，在保证机组稳定安全运行下得出最佳的协联关系曲线，并尽量使机组按该曲线运行。如某电站在投产初期，由于运行经验不足，两台机组按照厂家提供的协联曲线运行时振动都较大，且两台机组因流道进出水口的流态稍不相同使振动和发电量亦都不相同。后来电站的技术人员通过总结运行经验，在不同的水头、流量下对机组进行反复协联关系试验，绘出每台机组最优的协联关系曲线并按该曲线运行，为此，机组振动减小，发电量增多。

4.3 提升机组设备的自动化程度

灯泡贯流式机组的动态稳定性差，这需要可靠性和自动化程度高的辅助设备来保证其快速调节，稳定运行。首先，在调速器控制系统中，采用可靠、灵敏、动作快速的数字式（微机）调速器，正确处理导叶与桨叶的协联关系、开停机、紧急停机等。其次，机组采用微机保护，特别是失磁保护应采用完整意义上的微机失磁保护，减少和避免保护误动、拒动的现象发生。再次，采用完善的计算机监控系统，实现整个电站所有设备的控制、测量、监视和保护。最后，机组配套的辅助设备，如励磁、制动、机组通风冷却系统、油水气系统等也要根据实际的运行需要进行完善和升级改造，以减少设备的故障，保证机组的安全运行，避免因故障停机或减负荷运行造成发电量的减少。

4.4 及时清理拦污栅前的垃圾

灯泡贯流式机组一般建在河流的主干上。丰水期，河流的来流量较大，特别是洪水期间，巨大水流夹带着上游各种漂浮物聚集在机组进水口拦污栅或大坝闸门附近。这种漂浮物若不及时清理，将使机组进水口拦污栅前后水位差达几十厘米，甚至几米，严重减少机组的出力，甚至使得机组的运行振动加剧，从而影响机组的安全运行。某电站曾在2001年的第一场洪水期间，漂浮物过多，清理不及时，使拦污栅前后水位差达1.1米，多台回转式清污机运转时负载过重，出现断链故障。最后只能全停发电机组通过启动大坝闸门排污，整个停机处理过程长达一个星期，严重影响电站的发电效益。因此应及时清理拦污栅前的垃圾以保证电站有较高运行水头，提高发电效益。

4.5 加强与电力部门的沟通。

由于灯泡贯流式机组的动态调节稳定性差，振动大，因此应尽量减少机组负荷调节的频率。这除了优化水库调度外，还要根据上游来水与电力部门协商，使机组长时间稳定在某一负荷运行，并避免机组提任峰荷或孤网调度运行，杜绝近区直供高耗能的不平衡负荷。

4.6 加强电站运行检修人员的管理

设备的使用好坏，操作者是其中一个关键。运行人员作为电站设备的直接操作者和控制者，需及时了解设备的运行状态，做到勤联系、勤调整、勤分析、勤检查，正确、迅速处理故障或事故，将事故影响减小到最小范围。例如某电站的运行人员在巡视集水井时，发现集水井漂浮了一层薄薄的油渍，则马上报告当班值长并检查轴承回油箱的油位情况，发现轴承油量多了。后经停机检查，原来是轴承回油箱冷却器的其中一铜管有处裂缝，轴承油掺水。电站立即更换机组的轴承油。如果这事故发现不及时，最后将有可能导致机组烧轴瓦，后果严重。运行人员应以对自已负责、对电站负责的正确态度当好班。

灯泡贯流水轮发电机组相对其它机型来说，维护检修麻烦，质量要求高，特别是电机的通风冷却、密封、轴承等。因此对检修人员提出了较高的技术要求，检修人员除定期对设备进行巡视检查，发现设备异常及时处理外，在维修设备时要严格按照相应的安装技术参数进行维修，保证检修质量。