浅谈在水能动力发电中水轮发电机组稳定性的主要影响因素及应对措施

李星伟

摘要：水轮发电机组作为水电厂水能动力发电的重要设施，水轮发电机属于关键的构成部分，确保且运行的稳定性？，无论在电网经济利润，还是水电站运行安全方面，均产生很大的影响。如何确保其运行的稳定性变得十分关键。本文通过以xx地区水电站为例，分析了水能动力发电中水轮发电机组稳定性的影响因素，提出了提升水轮发电机组稳定性的合理对策。此研究以分析水能动力发电中水轮发电机组稳定性的影响因素及应对措施为目的，从而有效发挥出水轮发电机组的作用。

关键词：水能动力发电；水轮发电机组；稳定性；影响因素；应对措施

前言：

对于水能动力发电中的水轮发电机组而言，经常会受到各类不同因素的干扰和影响，导致其稳定性没有达到相关标准，其中，无论是电气、机械，还是流体等，均是其中主要的影响因素，面对此种情况，基于确保水能动力发电的运行稳定性的目的，应深入探究与分析其中的影响因素，同时提出科学的处理对策，此项举措具有重要的研究意义和实践价值。

一、xx地区水电站概况简介

xx水电站地处汉江的中游河段位置，周围群山环绕，坝址控制流域面积达15.8万km2，其平均流量1010m3/s，其中夏季时的径流量占据了一整年的54%。表现出洪水峰高量较大的特点。整个水电站的枢纽工程涵盖了混凝土重力坝、变电站、厂房及相关设施等部分。拦河坝按500年一遇洪水（13600m3/s）设计，厂房按200年一遇洪水（12400m3/s）设计，泄水建筑物按50年一遇洪水（10300m3/s）设计。电站最大坝高116米，坝顶长度为389.5m，正常蓄水位3310m，具有日调节能力。电站采用左侧河床布置6孔溢流坝，右侧河床布置6台水轮发电机组的坝后式地面厂房方案，并装设由国内水电设备生产厂家生产的HLA643—LJ-450規格的水轮机和型号为SF85-44/930规格的发电机，相应的单机容量为85MW，目前均已投产发电。具体相关指标见下表1。

二、水能动力发电中水轮发电机组稳定性的影响因素分析

由于干扰力差异性，影响水轮发电机组稳定性的因素涵盖三种情况：机械、水力以及电磁等影响因素[2]。由于产生的原因不一样，导致形成的振频也各异，详情如下表2所示。

（一）机械因素导致的振动现象

对于由于机械因素导致的振动现象，一般表现为下述几种情况：（1）机组的轴线不够正、对中的效果不佳；（2）相应的转动零件在质量方面出现失衡的状况；（3）相应的导轴承存在一定的不足；（4）相应主轴的密封处理不到位，导致不良情况的出现；（5）有关静板不够平直、相应的推力瓦水平度严重不足；（6）相应的推力头出现了松动的状况；（7）有关导轴瓦的间隙调控不够合理化；（8）相应的转子产生振摆的情况[3]。

水力因素导致的振动现象

对于水力因素导致的振动现象，所产生的原因可谓十分复杂。受到卡门涡列的影响，会导致振动情况发生。根据相应的水力实验可知，在流体径向通过某个圆柱物体过程中，其后面将朝着两条相互平行直线而形成具有特定间距的单涡，见下图1。不同单涡采用旋转交替方式被予以释放，导致圆柱体形成具有周期特征的振动情况。

卡门涡列相应振动频率可以采用下述公式（1）进行计算：

同时，水力不平衡、尾水管涡等因素也会导致形成振动的情况，主要源于尾水管内的空腔压力脉动作用而形成。再加上轴流型水轮机的叶片也会产生一定的振动作用，使相应的导叶开度产生变动，在具体的开度降低至某种程度的时候，此时叶片则产生表面的脱流或者空化作用，导致水轮发电机组产生振动的情况，影响到其稳定性[4]。当然，针对具体的运作状况，还可能由于导叶数与转轮叶片数无法相匹配而导致相应的压力脉动情况的发生。

（三）电磁因素导致的振动现象

导致产生振动的电磁因素涵盖很多，比如：空气相应间隙缺少匀称性、转子绕组的短路以及磁极相应次序差错等等，进而致使磁路出现严重的不对称情况，产生的磁拉力作用失衡。在某个磁极相应的磁动势由于受到短路影响变小后，与其相关的磁极磁动势却无变化，所以产生和转子共同旋转相应的径向失衡磁拉力作用，形成转子的振动情况。

同时，在发电机的转子出现不圆或者摆动的情况下，此时的空气间隙也不够匀称，形成单面的失衡磁拉力作用，并在转子旋转影响下，致使空气间隙产生周期的变动。而单边失衡的磁拉力则围绕圆周形成周期的移动现象，致使机组产生振动，当磁电流变大时，由空气间隙不够匀称导致的振动情况也更加明显。

三、提升水轮发电机组稳定性的合理对策

（一）注重水轮机规格型号的科学选用

为了确保水轮机组运行的稳定性，应该做好水轮机相应的水力设计工作，确保设计的合理性，并且注重水轮机规格型号的科学选用，处于电站设计时期，严格检查所选用的不同类型水头的规格型号与功能是否达标，进而达到既定的目标[5]。显然，通过合理选用水轮机转轮的规格型号，能够保证水头位置拥有稳定、安全的运作区域，降低出现振动与裂纹的情况，从而减小其带给水轮机的损害。所以，应该确保水轮机的水头变化的幅度不可过多，以相应的转速作为选用的参考因素，同时结合水头的变化、水质的情况、负荷可调控的区间、水轮发电机组的数量等因素予以合理选用。

（二）加大运作条件的改进和完善力度

设计相应翼型过程中，能够确保证空化程度较轻，面对此种状况，一般并没有产生相应的空蚀情况。不过处于偏离设计工况很多的情况下，无论是转轮相应的出流条件，还是翼型相应的绕流条件均形成很大变化，进而导致翼型的空腔空化现象变得更加严重。所以，应加大水电厂运作条件的改进和完善力度，应确保机组处于最佳工况区域下进行运作，规避上述情况的产生，从而使水轮机运行更加稳定。

结论：

从论文的分析中不难获知，深入探究和分析水能动力发电中水轮发电机组稳定性的影响因素及应对措施具有重要意义。本文通过以xx地区水电站为例，分析了水能动力发电中水轮发电机组稳定性的影响因素，提出了提升水轮发电机组稳定性的合理对策：注重水轮机规格型号的科学选用、加大运作条件的改进和完善力度。望此研究的结果能引发有关人员的重视，从中获取相应的帮助，进而确保水轮发电机运作的安全稳定性。

参考文献：

[1]王宝金.水能动力发电中影响水轮发电机组稳定性的因素及其措施[J].建筑工程技术与设计，2017，26（14）：165-168.

[2]叶超.水利发电中水轮发电机组稳定性的影响因素及其策略[J].工程技术：全文版，2016，29（10）：00149-00150.

[3]李平，杨鹤.探析水轮发电机组稳定性的影响因素及其措施[J].科学与财富，2016，36（12）：180-182.

[4]罗海生.探析影响水轮发电机组稳定性的因素及其策略[J].工程技术：引文版，2016，29（23）：00056-00058.

[5]李文耀.浅议水轮发电机组的安装质量控制措施[J].大科技，2017，32（14）：142-145.