水力机械系统在水电站中的技术应用分析

邓思波

摘 要：在水电运行过程中，水力辅助机械系统占据非常重要的位置，随着社会科技的快速发展，传统的电力设备、技术等都无法满足现代化水电站的需求，新型技术的出现，大大提高水利机械系统运行效率。本文主要对水利机械新技术在水电站中的应用相关内容进行阐述。

关键词：水力机械系统；水电站；技术；应用

中图分类号：TK730.4 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）15-0196-02

水电站水力机械系统是由水轮发电机组及附属相关设备组成，其中辅助水力机械系统又是由气系统、油系统、量测系统、水系统构成，各系统相互协调服务于主体设备，使主体设备能够安全运行。

1 油系统中油压装置的应用

1.1 油系统的设计

第一，绝缘油系统。从目前的情况看，水电站所使用的主变压器通常都是30年以内免维护型的，除非出现安全事故必须诊修，一般都只要对绝缘油进行更换[1]。所以，对于中小型水电站来说，在设计绝缘油系统的过程中，可以不考虑总的供排油管路；对于梯级水电站来说，只需要选择合适的站点科学设置绝缘油系统；对于一些大型水电站来说，所设置的绝缘油系统要靠近用油设备，达到节能减耗的作用。

第二，透平油系统。对于中小型水电站来说，在设计透平油系统时，应该将管路系统设计尽量简单化，比如，在需要用油位置附近及供油总管位置设计活接头，其间也可以使用软管来过渡；对于梯级水电站来说，可以在重点站设置由检验分析设备，别的站可以忽略；对于一些大型水电站来说，可以则需要从设备运行状态、维修、管理等各个方面去分析，考虑配置尽量齐全。

除此之外，在对油系统进行设计布置时，为了达到防火规范要求，应该在专用房间布置滤纸烘箱，切莫不能把烘箱开关放到房间内。同时，在设置室外管路系统时，为了避免管路受到环境影响发生破损，应该设置波纹管连接段。

1.2 油气装置压力气罐的自动补气方式

该种装置在自动补气的过程中，主要是靠压力油罐所安装的补气装置、液位信号器两种设备共同运作来补气。该装置所使用的各种元件都是新型元件，主要是由电磁阀、手动阀、管路等元件构成，其中空气过滤器是装置自带元件，在自动补气时，还能手动补气。

2 水力机械系统中气系统的设计

（1）水力机械系统中的气系统主要包含中低压气系统，因为目前对气体介质减压阀的研究尚不成熟，所以，在具体设计的过程中，中低压气系统不能混合使用，必须要进行分开设置。（2）对于低压气系统来说，系统中吹扫、检修供气单元与制动单元也应该分开设置，同时，还应该设置一定容积的贮气罐。其中吹扫及检修供气单元可以为制动供气单元提供气源。（3）供气管路一般都很长，在实际供气的过程中会造成管路损失，导致供气设备很难达到额定操作压力。因此，所使用的空压机压力要大于额定操作压力，同时，贮气罐压力也要随着提高。

3 微机调速器的应用

某水电站所使用的微機调速器是SKYT-7500AF/4.0型号的产品，主要是为了解决水电站出现的特殊情况而选择的。这种型号的调速器，其容量处于大中型调速器之中，一旦运行过程中发生安全事故，其自动化保护装置级别与大型调速器相同。该种调速器同其他设备比较突出优势是配有事故配压器，能够自动进行调节。

SKYT-7500AF/4.0型号调速器主要是由高性能芯片构成，电液压系统为主要的执行系统。同时，还有一些自动控制系统，在发生意外事故时，能够自动进行保护。如在电源及信号消失的情况下，只要使用事故电磁阀依然能够发送信号。

4 供排水体系的科学技术及新型设备

4.1 排水系统

依据《水力发电厂机电设计规范》规定，当水电站水龙头为15-120m时，应该使用减压供水方式，当水龙头超过120m时，可以使用水泵供水方式。从以前众多供水设计方案对比中，绝大多数都设计方案都没有对国内水泵生产制造工艺水平不足、质量不高，难以保证运行安全等这一系列问题进行考虑。

某水电站原有的排水系统是一个公共排水系统，经过改进之后，将厂房渗漏排水系统及机组检修排水系统分离开，成为独立的排水系统。其中机组检修排水系统，主要是在机组检修时，将水轮机中积水排出。尾水检修台中，设置有单独的检修集水井，在机组检修时，利用铁丝将潜水泵及胶管一端固定好，另一端放置于尾水渠中就能完成检修任务。

对于尾水水位不稳定的水电站来说，在选择渗漏排水泵时，应该对扬程进行考虑，其扬程应该根据水泵的工作性质而定。依据《设计手册》渗漏排水泵的扬程必须从最高尾水位算起，但是，大多数水电站在实际运行的过程中，绝大部分时间不会在最高水位，这就使得水泵长期无法在最佳的状态下运行，水泵工作效率低，轴承温度高，且轴承极易烧坏。要防止这一问题的发生，应该配置两种扬程不同的水泵，分别在正常水位状况下和最高水位状况下选择其中一种扬程的水泵。

4.2 供水方式设计

依据《水力发电厂机电设计规范》规定，当水电站水龙头为15-120m时，应该使用减压供水方式，当水龙头超过120m时，可以使用水泵供水方式。从以前众多供水设计方案对比中，绝大多数都设计方案都没有对国内水泵生产制造工艺水平不足、质量不高，难以保证运行安全等这一系列问题进行考虑。实际上，目前，有很多类型的水泵还无法达到供水技术型要求[4]。如：部分离心泵、自吸泵产品信心标注吸出高度为6-8m，但是，实际的吸出高度仅能达到3-4m左右，还有的水电站由于供水泵技术过关等因素的限制，阻碍了主设备安全稳定运行。当然，高水头应该使用弹簧式减压阀，如果使用隔膜式减压阀，应该对二、三级减压供水方式进行重点考虑。

4.2.1 大口径电磁阀

该种电磁阀是一种新产品，专为冷却供水系统设计，其结构是自保持。这样的结构设计既节能，又不会受到运行过程中信号故障的影响。大口径电磁阀主要是由两个上下线圈及引入线三线构成。该电磁阀是完善了老水电站技术，并具有保护环境的特征。

4.2.2 管道阀门设计

为了确保电力系统运行的安全可靠性，减少系统工作量，在方案设计的过程中，应该合理规划各个部位，从而达到减少工作量的目的。当采用减压供水方式时，供水管理离取水口端较近的第一道阀门，应该选择压力等级高的阀门。如：调保升压值是0.9MPa时，应该选择1.6MPa的阀门，若选择1.0MPa的阀门，压力承载难以达到标准要求。当技术维修困难较大时，应该布设第二道阀门。

4.3 滤水器设置及渗漏排水泵选择

在选用减压供水方式时，为了使减压阀及各设备不受损坏，且技术供水系统能够正常运行的情况下，应该在减压阀前放置滤水器。虽然，滤水器压力等级的提高，成本投入也会随之提高，但是，增加的数额不高，一般范围为10%-15%。目前，这种设计方式被大部分水电站所采用[6]。

对于尾水水位不稳定的水电站来说，在选择渗漏排水泵时，应该对扬程进行考虑，其扬程应该根据水泵的工作性质而定。依据《设计手册》渗漏排水泵的扬程必须从最高尾水位算起，但是，大多数水电站在实际运行的过程中，绝大部分时间不会在最高水位，这就使得水泵长期无法在最佳的状态下运行，水泵工作效率低，轴承温度高，且轴承极易烧坏。要防止这一问题的发生，应该配置两种扬程不同的水泵，分别在正常水位状况下和最高水位状况下选择其中一种扬程的水泵。

5 量测系统及新型自动化检测部件

5.1 量测系统设计

（1）为了对集水井液位进行及时检测、控制，必须设置两种型号的控制器。（2）用于监测尾水管压力的传感器应该布置在尾水管段内，千万不能直接经过测压管来设置传感器，这样会使测量结果发生偏差。（3）在布置水位计时，应该做好防水倒灌的相关措施。

5.2 新型自动化检测部件

5.2.1 超声波水位监测装置

某水电站主要使用的是H-1000监测装置，该装置主要是利用超声波在空气中傳播，在有水的条件下，就会被反射。通过超声波的传感器探头即水面往返的时间、速度，就可以探测出水面到探头的距离。

5.2.2 差压变送器

差压变送器主要是用来测量变送器两端压力差的一种设备，一般情况下，输出标准型号为4-20mA或0-5v。该种变送器与普通的差压变送器不同，它有两个压力接口，分为正压端、负压端两种。差压变送器主要是防止管道中介质直接进到变送其中，用于测量液体、蒸汽等的液位、压力，并将测量的数据信息通过信号的形式输出。将该种设备应用到水电站中，能够远程进行监控，精度高，稳定性好。

6 结语

总而言之，水电站水力机械系统技术的科学、合理性关系到水电站能否安全稳定运行。保证辅机设计的合理性，既能减少不必要的成本投入，还能确保主设备的安全运行，从而设备使用的寿命。因此，相关技术人员应该紧跟时代发展的步伐，不断完善和提升自己，开发新技术，从而提高机械设备的现代化水平。

参考文献

[1]杨铁荣，周明军，王俊华.中小型水电站水力机械新技术应用研究分析[J].中国水能及电气化，2015，（25）：129-136.

[2]肖桂友，吴天忠.中小型水电站水力机械新技术[J].水利科技与经济，2016，（18）：229-238.

[3]朱丽萍，郭陆晋.水电站水力机械新技术及应用实践探究[J].江西化工，2015，（32）：106-115.

[4]周海波，于江雨.简述水电站辅助水力系统设计技术研究[J].水利科技与经济，2016，（10）：322-329.

[5]刘伟明，张向明.中小型水电站水力机械新技术的运用[J].中国水能及电气化，2014，（32）：359-420.

[6]王汉民，朱平军，刘翔宇.浅析中小型水电站水力机械系统在水电站中的应用[J].中国水能及电气化，2015，（16）：68-85.