水電站設(shè)計保證率新

1、水電站設(shè)計保證率design probability of hydroelectric power station水電站正常發(fā)電的保證程度。常用正常發(fā)電的總時段與計算總時段相比的百分率表示。時段長短可根據(jù)不同情況選用年、 月、 旬、日等。水電站設(shè)計保證率的確定，與水電站所在電力系統(tǒng)的負荷特性、系統(tǒng)中水電容量比重的大小、水電站的規(guī)模及其在電力系統(tǒng)中的作用，以及在水電站降低出力時，保證系統(tǒng)用電可能采取的補救措施等諸多因素有關(guān)。通常水電站設(shè)計保證率的選擇范圍為7598。設(shè)計水電站時，合理選擇設(shè)計保證率十分重要。從理論上說，可以通過動能經(jīng)濟計算的途徑來選定。但實際上，由于水電站設(shè)計保證率涉及許多方面，

2、初步設(shè)計時很難掌握足夠的符合實際的電力用戶經(jīng)濟特性及其他資料，進行技術(shù)經(jīng)濟論證，因此一般是參照有關(guān)設(shè)計規(guī)程規(guī)范的規(guī)定,經(jīng)過分析后選定。通常對大型水電站和水電裝機容量在系統(tǒng)中所占比重較大者，應(yīng)取較高的設(shè)計保證率。對中小型水電站和水電裝機容量在系統(tǒng)中占比重較小者，可以選擇較低的設(shè)計保證率。水電站裝機容量 - 正文 水電站全部水輪發(fā)電機組額定容量（即發(fā)電機銘牌出力）之和，度量單位為千瓦(kW)。它是表示水電站建設(shè)規(guī)模和電力生產(chǎn)能力的主要指標(biāo)之一。組成水電站裝機容量大致可分成必需容量和重復(fù)容量兩大部分。必需容量（也稱有效容量）又可分為工作容量和備用容量（包括事故備用、負載備用和檢修備用等）。水電站根據(jù)

3、在系統(tǒng)中所起作用的不同，具有上述全部容量或僅具有部分容量。工作容量 直接承擔(dān)電力負荷的發(fā)電容量稱工作容量。在電力系統(tǒng)中擔(dān)負尖峰負荷的水電站，其工作容量可比保證出力大若干倍。備用容量 為確保電力系統(tǒng)正常安全運行，考慮不可預(yù)測的瞬時增加負荷、事故停機和計劃檢修等因素而裝置在水電站上的容量。按用途不同分為三類。負荷備用容量：為擔(dān)負一天內(nèi)電力系統(tǒng)瞬時的負荷波動和計劃外負荷增長所需要的發(fā)電容量，它可起保持電力系統(tǒng)周波正常的功能，通常稱為調(diào)頻容量。事故備用容量：電力系統(tǒng)中部分機組因事故而被迫停機或輸電系統(tǒng)發(fā)生故障時，為保證正常供電在水電站上設(shè)置的發(fā)電容量。水電站機組起動和停機靈活方便，最適宜于擔(dān)任電力系統(tǒng)

4、的事故備用容量。檢修備用容量：電力系統(tǒng)中部分機組進行檢修時，為保證正常供電在水電站上設(shè)置的發(fā)電容量。只有在負荷降低時間內(nèi)不能將全部機組檢修完畢時，才需設(shè)置檢修備用容量。重復(fù)容量 在調(diào)節(jié)性能較差的水電站，為了節(jié)省電力系統(tǒng)中火電站的燃料消耗，多發(fā)季節(jié)性電能而增設(shè)的裝機容量。選擇的原則和方法正確合理地選擇水電站裝機容量，必須按下述步驟進行。根據(jù)水文資料，進行水能計算，確定水電站的各項水能參數(shù)（保證出力、年發(fā)電量等）；確定水電站的合理供電范圍、設(shè)計負荷水平 和所在電力系統(tǒng)的負荷特性與參數(shù)；了解電力系統(tǒng)內(nèi)各種電站的組成、特性和發(fā)展計劃，明確設(shè)計水電站在系統(tǒng)中的地位和作用；通過電力電量平衡和動能經(jīng)濟計算，

5、分別確定水電站可擔(dān)負的工作容量和備用容量數(shù)額,以及是否設(shè)置重復(fù)容量;結(jié)合水電站樞紐布置、機組制造和供應(yīng)條件，確定水電站裝機容量和機組臺數(shù)的若干可行方案，進行技術(shù)經(jīng)濟比較，優(yōu)選最合理的方案。20世紀(jì)60年代以來，隨著電力系統(tǒng)的擴大，隨著各種類型水、火電站的投入和河流梯級開發(fā)的實現(xiàn)，水電站裝機容量選擇所涉及的因素越趨復(fù)雜，如何正確選定已不是孤立和單一的問題。中國已開始應(yīng)用系統(tǒng)工程理論和以計算機為手段，優(yōu)化選擇水電站的裝機容量。70年代以來，國外對一些早期建成的水電站進行了擴建，并開展了相應(yīng)的設(shè)計研究工作。如美國大古力水電站,初建于20世紀(jì)30年代,1941年第一臺機組發(fā)電。原定裝機容量為197.4

6、萬kW,以后由于美國西部大電網(wǎng)的形成和哥倫比亞河上游梯級水庫的建成，對該電站進行了幾次擴建，增建了第三廠房和抽水蓄能發(fā)電廠，已擴大裝機容量至648萬kW。1980年以來,中國也開始對一些早期建設(shè)的水電站進行擴建設(shè)計和研究。在設(shè)計大中型水電站時，若預(yù)計其徑流情況和供電系統(tǒng)情況在將來有較大變化時，應(yīng)在樞紐布置中考慮預(yù)留擴建余地，為擴大裝機容量創(chuàng)造條件。動壓軸承形成動壓油膜的必要條件1. 相對運動的兩表面必須形成一個收斂楔形2. 被油膜分開的兩表面必須有一定的相對滑動速度，其運動方向必須使?jié)櫥蛷拇罂谶M，小口流出3. 潤滑油必須有一定的粘度，供油要充分V、越大，油膜承載 能力越高日本開發(fā)采用世界首臺

7、立式大型燈泡式水輪發(fā)電機組 發(fā)布時間:2002-03-22 最近，日本東北電力公司與富士電機公司合作共同開發(fā)采用垂直式結(jié)構(gòu)布置型式的大容量燈泡式水輪發(fā)電機組，最大功率13.5MW，有效水頭15.54m，最大流量100m3/s，裝在阿賀野川水系原有的上野尻水電站上游的新建第二上野尻水電站，現(xiàn)已完成安裝，正在調(diào)試運行。1 為什么采用立式？燈泡式屬貫流式水輪機中之一種，主要用于低水頭大流量水電站。與螺漿式水輪機中的立軸轉(zhuǎn)漿式比，它具有效率高、占地面積小等優(yōu)點。為了確保大壩下面以及下游一帶的建設(shè)場地，通常選用機組軸系為水平布置的橫軸型。該電站之所以采用立式，有以下兩個方面原因：建站場地條件限制，即河流

8、保護、道路周圍條件等很難確保建站面積；原有大壩等建筑物的限制，引水路和放水路等線路受限制。為了解決這些問題，決定采用建站方面自由度較大的立軸燈泡式，以便削減土木建筑費用，提高經(jīng)濟性。2 結(jié)構(gòu)特點及優(yōu)點在基本結(jié)構(gòu)方面，立軸式與橫軸式相同，只有以下幾點區(qū)別：橫軸式通常采用2個（上和下）支臂的固定導(dǎo)葉來承受水推力，而立軸式則采用具有4個支臂的下機架來支撐水推力，水輪機和發(fā)電機自重等負載。立軸式的推力軸承和導(dǎo)軸承布置在發(fā)電機轉(zhuǎn)子的下面，屬于2軸承傘型結(jié)構(gòu)。立軸式的水輪機轉(zhuǎn)輪是向下拆卸的立軸式、燈泡式水輪機控制轉(zhuǎn)輪葉片的接力器與將接力器裝設(shè)在水輪機轉(zhuǎn)輪內(nèi)部的橫軸式在結(jié)構(gòu)上有很大區(qū)別。機組按立軸配置，殼體

9、便可兼作導(dǎo)水路，從而減少挖掘面積。由于廠房占地面積較小，也就不受場地條件的限制，立式機組的拆卸和組裝置是按部套為單位進行的，便于維護，與臥式相比，可縮短大修時間。立軸式機組采用新的通風(fēng)冷卻方式，可以省略鼓風(fēng)機、空氣冷卻器、冷水循環(huán)泵等輔機裝置。該信息出自中國工程機械商貿(mào)網(wǎng) （http:/www.21-）日本立式燈泡式水輪發(fā)電機組投入運行摘要：立式燈泡式水輪發(fā)電機組的運行使水電站進一步提高經(jīng)濟效益成為可能，是對長期存在的燈泡式水輪機和發(fā)電機只能作為臥式機組這一固有觀念的突破。2002年，這種設(shè)備在Kaminojiri第二發(fā)電廠被安裝并開始商業(yè)化運行，其主要特征以及立式燈泡式機組技術(shù)的特別之處，將

10、在本文中進行闡述。雖然水力發(fā)電作為一種可再生的環(huán)保型能源，一段時間以來在日本已成為主要的發(fā)電來源之一。但不容忽視的是，經(jīng)濟上合理、技術(shù)上可行的壩址已經(jīng)被開發(fā)利用，因此最近幾年中水電事業(yè)沒有實現(xiàn)預(yù)期的發(fā)展。與此同時，設(shè)備的更新、改進和現(xiàn)有電站的重建已成為當(dāng)前的科研主題，相關(guān)科研成果在很多地方得到應(yīng)用。在這一背景下，Tohoku電力公司對阿賀野河上所建的為數(shù)眾多的大壩實施了一套長期的改造計劃。針對下游水的可利用量少于上游，改造計劃主要實現(xiàn)了平衡電廠裝機容量的目的，以確保更有效地利用豐富的水資源。1.Kaminojiri第二發(fā)電廠Kaminojiri第二發(fā)電廠在Kaminojiri電站原有壩址基礎(chǔ)上

11、擴建而成。原電廠的最大過水流量低于阿賀野河上、下游新建的其它水電廠約100 m3/s，不均衡的過水流量使整個河流在該處產(chǎn)生了一個瓶頸，以致于影響到河系上電廠的整體運行。因此，對已有的Kaminojiri水壩實施改造對于有效利用該河的水資源有著十分重大的意義。立式燈泡式水輪發(fā)電機組對于該項目而言是最合適的，考慮到水頭和流量，采用傳統(tǒng)的臥式水輪機較為困難，且成本相對較高，原因有以下幾點：（1）場地的限制，比如：河堤、公路、鐵路等等，使發(fā)電廠房內(nèi)沒有足夠的空間安裝傳統(tǒng)的臥式機組。（2）現(xiàn)有大壩投入運行以來，受引水渠和尾水渠的空間限制，難以提供適合于臥式燈泡式機組的直線水流通道。為解決以上問題且節(jié)約成

12、本，Tohoku電力公司和Voith Fuji水力發(fā)電集團共同研制出立式燈泡式機組，實現(xiàn)了觀念的創(chuàng)新。該機組的首次應(yīng)用是在Kaminojiri第二發(fā)電廠，于2002年6月投入商業(yè)運行。發(fā)電廠位置和廠房平面布置見圖1，發(fā)電廠房的橫斷面圖見圖2，Kaminojiri第二發(fā)電廠水輪機和發(fā)電機的詳細參數(shù)見表1。立式燈泡式機組的研制和成功應(yīng)用獲得了日本電力科學(xué)技術(shù)發(fā)展協(xié)會授予的歐姆技術(shù)獎，以示對這一先進技術(shù)成就的獎勵。2.技術(shù)及經(jīng)濟優(yōu)勢立式燈泡式機組與傳統(tǒng)臥式燈泡式機組相比具有以下幾點優(yōu)勢（二者的配置見圖3）（1）水輪機和發(fā)電機均立式布置，占用廠房空間小了，因此立式機組能在更小的空間內(nèi)安裝使用。（2）因

13、為引水渠、錐管及尾水渠可設(shè)計成任意角度而不妨礙確定水輪機、發(fā)電機的核心位置，因此不會受已有場地條件的限制。（3）從引水渠的進口到進水口之間的上游渠道長度縮短，因此進水流道的水頭損失將減少，水頭將增大。（4）通過布置于引水渠進水口上方的門式起重機，水輪機和發(fā)電機的主要部件全部能夠被吊起和放下，使裝配和拆除更加容易，因此安裝時間、檢修周期會大大縮短。從以上幾點優(yōu)勢來看，Kaminojiri第二發(fā)電廠經(jīng)濟上更合理是顯而易見的（與傳統(tǒng)臥式燈泡式機組相比），見表2。3.先進技術(shù)3.1 立式燈泡式機組的特有技術(shù)立式燈泡式機組投入Kaminojiri電廠運行時，有數(shù)項先進技術(shù)被采用于水輪機、發(fā)電機和土建工程

14、，下文對這些技術(shù)做詳細的闡述。（1）燈泡式支撐體系采用立式燈泡式機組時，水對水輪機的推力和水輪機、發(fā)電機的自重均作用于燈泡式底座上（相當(dāng)于臥式燈泡式水輪機的固定導(dǎo)葉），這就意味著底座要承受大約相當(dāng)于作用在臥式機組的雙倍荷載。底座的變形會使安裝在其下游方向的導(dǎo)流葉片產(chǎn)生側(cè)方間隙，另一方面，水流中燈泡底座的陰影區(qū)域會影響渦水輪機的性能?？紤]以上因素，通過對應(yīng)力、應(yīng)變等進行靜態(tài)分析計算，并對固有頻率、振動特性等進行動態(tài)分析計算后，制作了一個包括立式燈泡式機組的旋轉(zhuǎn)部件、固定部件在內(nèi)的整體模型，將四撐桿的底座應(yīng)用于樣機中。為便于理解，圖4給出了有限元法模型。（2）吸入旋渦如圖2所示，立式燈泡式機組直接

15、使用引水渠進水口的水，當(dāng)上游水位下降、進水口水深變淺時，將形成吸入旋渦，嚴(yán)重時會持續(xù)不斷地混入空氣，因此在燈泡體內(nèi)產(chǎn)生相當(dāng)大的振動。為了觀察吸入旋渦的一般特性，首先做了一個基本的水力模型試驗，然后通過更大比例尺的水工結(jié)構(gòu)實體模型，做了一個流量、水深動態(tài)變化情況下的更具體的模型試驗。營造自然運行條件，目的是為了深入研究水輪機吸入旋渦的具體特征。根據(jù)這些試驗結(jié)果，在進水口的頂部配備了吸入旋渦防護整流鋼板。3.2 免維護技術(shù)取消了輔助設(shè)備，無油潤滑部件和以下提到的用于立式燈泡式機組的許多其它技術(shù)設(shè)備實現(xiàn)了免維護運行，從而減少了維護成本。（1）發(fā)電機的通風(fēng)冷卻技術(shù)在燈泡式機組中，發(fā)電機安裝在燈泡體內(nèi)水

16、流通道內(nèi)，因此同其它類型的發(fā)電機相比在維修和檢查時非常困難。另一方面，發(fā)電機淹沒在河水中對其自身的冷卻有利，因此為了取消輔助設(shè)備，各種各樣的風(fēng)冷系統(tǒng)被研制并運用。Kaminojiri第二電廠也不例外，在使用了下述的技術(shù)之后，取消了用于通風(fēng)冷卻的輔助設(shè)備。A.定子直接散熱：這是用于冷卻定子鐵芯的辦法。定子架為單殼體，定子鐵芯直接附在殼上，鐵芯產(chǎn)生的熱量直接釋放到流動的河水中。B.散熱片冷卻裝置：用于定子繞組的轉(zhuǎn)子和線圈端散熱，以銅為材料的散熱片附著在燈泡體鼻部內(nèi)側(cè)，使產(chǎn)生的熱量通過散熱片直接釋放于流動的河水中。C.自身通風(fēng)：通過定子架外殼直接冷卻定子鐵芯和定子繞組。通過散熱片釋放的只是定子繞組中

17、的轉(zhuǎn)子和線圈端產(chǎn)生的熱量，同時會使所需冷卻風(fēng)量減少為一般冷卻裝置的一半左右。因此，在轉(zhuǎn)子磁軛架上安裝風(fēng)扇實現(xiàn)自行通風(fēng)后，使散熱片冷卻結(jié)構(gòu)減少通風(fēng)損耗成為可能。（2）發(fā)電機軸承技術(shù)發(fā)電機軸承位于傘形裝置內(nèi)部，冷卻推力軸承采用一種新方式，即：借助于燈泡式底座。底座為單層板式結(jié)構(gòu)，夾層內(nèi)充填潤滑油，在推力環(huán)的自抽作用下油在板內(nèi)循環(huán)，然后將熱量直接釋放到流動的河水中，見圖5。（3）水輪機無油潤滑技術(shù)水輪機的導(dǎo)向軸承采用酚醛樹脂水潤滑軸承，不再使用潤滑油冷卻循環(huán)系統(tǒng)。另外，無油潤滑輪轂應(yīng)用于可調(diào)葉片的轉(zhuǎn)輪，不再使用輪轂潤滑油和轉(zhuǎn)輪輪轂增壓系統(tǒng)。水輪機的無油潤滑技術(shù)有利于減少維護，同時避免了油流入河水中。

18、4.現(xiàn)場安裝不同于臥式燈泡式水輪機，立式燈泡式機組的現(xiàn)場安裝不涉及任何復(fù)雜的操作，比如：將各種各樣的配件通過很小的升降口吊起到水流通道內(nèi)，然后調(diào)整水平并安裝到指定位置。立式燈泡式機組從下面的水輪機到上面的發(fā)電機，安裝時僅需要進水口頂部的起重機的一個簡單提升操作即可解決，從而縮短了安裝時間?，F(xiàn)場安裝的各個場景均可拍成照片。5.實測和分析數(shù)據(jù)的比較立式燈泡式機組是一種打破常規(guī)的新研制出來的水輪發(fā)電機組，因此與其相關(guān)的在無水狀態(tài)下的應(yīng)力、應(yīng)變、振動等數(shù)據(jù)，均通過加載和卸載試驗獲得，目的是驗證分析結(jié)果的合理性，并最終獲取最優(yōu)設(shè)計參數(shù)。比較特別的是，固有頻率在干、濕兩種環(huán)境下分別測出，數(shù)據(jù)完全證實了當(dāng)初

19、的分析，如何減少不同振蕩模式下的固有頻率也徹底搞清楚了。6.結(jié)論自從水力發(fā)電機組長足發(fā)展以來，在實踐中被應(yīng)用的全新機型實屬罕見。不管怎樣，這里闡述的立式燈泡式原理給人們展示了一個對燈泡式機組、電氣設(shè)備和土木結(jié)構(gòu)的全新思索，以此為基礎(chǔ)，將引起技術(shù)革新和經(jīng)濟發(fā)展。作者希望這篇文章能為其他地方的水電站在未來的建設(shè)中提供有益的參考。若由渦帶引起的尾水管中的低頻壓力脈動頻率與引水管固有頻率接近，則可能引起引水管強烈振動；如果壓力脈動頻率和水輪機的轉(zhuǎn)頻接近，則可能引起功率擺動負荷率是描述：平均負荷（電量）與最大負荷的比率的物理量。水輪機的選型設(shè)計水輪機選型是水電站設(shè)計中的一項重要任務(wù)。水輪機的型式與參數(shù)的

20、選擇是否合理，對于水電站的動能經(jīng)濟指標(biāo)及運行穩(wěn)定性、可靠性都有重要的影響。水輪機選型過程中，一般是根據(jù)水電站的開發(fā)方式、動能參數(shù)、水工建筑物的布置等，并考慮國內(nèi)外已生產(chǎn)的水輪機的參數(shù)及制造廠的生產(chǎn)水平，擬選若干個方案進行技術(shù)經(jīng)濟的綜合比較，最終確定水輪機的最佳型式與參數(shù)。一、水輪機選型的內(nèi)容、要求和所需資料1水輪機選擇的內(nèi)容確定單機容量及機組臺數(shù)。確定機型和裝置形式。確定水輪機的功率、轉(zhuǎn)輪直徑、同步轉(zhuǎn)速、吸出高度及安裝高程、軸向水推力、飛逸轉(zhuǎn)速等參數(shù)。對于沖擊式水輪機，還包括確定射流直徑與噴嘴數(shù)等。繪制水輪機的運轉(zhuǎn)綜合特性曲線。估算水輪機的外形尺寸、重量和價格。根據(jù)選定的水輪機型式與參數(shù)、結(jié)合

21、水輪機在結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、運行等方面的要求，向制造廠提出制造任務(wù)書。2水輪機選擇的基本要求水輪機選擇必須充分考慮水電站的特點，包括水能、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)以及電力系統(tǒng)構(gòu)成、樞紐布置等方面對水輪機的要求。在幾個可能的方案中詳細地進行以下幾方面的比較，從中選擇出技術(shù)經(jīng)濟綜合指標(biāo)最優(yōu)的方案。保證在設(shè)計水頭下水輪機能發(fā)生額定出力，在低于設(shè)計水頭時機組的受阻容量盡可能小。根據(jù)水電站水頭的變化及電站的運行方式，選擇合適的水輪機型式及參數(shù)，使電站運行中平均效率盡可能高。水輪機的性能及結(jié)構(gòu)要能夠適應(yīng)電站水質(zhì)的要求，運行穩(wěn)定、靈活、可靠，有良好的抗空化性能。在多泥沙河流上的電站，水輪機的參數(shù)及過流部件的材質(zhì)要保證水輪

22、機具有良好的抗磨損、抗空蝕性能。機組的結(jié)構(gòu)先進、合理，易損部件應(yīng)能互換并易于更換，便于操作及安裝維護。機組制造供貨應(yīng)落實，提出的技術(shù)要求應(yīng)符合制造廠的設(shè)計、試驗與制造水平。機組的最大部件和最重部件要考慮運輸方式與運輸?shù)目尚行浴?水輪機選型所需的原始技術(shù)資料水輪機的型式及參數(shù)的選擇是否合理、是否與電站建成后的實際情況相吻合，在很大程度上取決于對原始資料的調(diào)查、匯集和校核。根據(jù)初步設(shè)計的深度和廣度的要求，通常應(yīng)具備下述的基本技術(shù)資料。樞紐資料：包括河流的水能總體規(guī)劃、流域的水文地質(zhì)、水能開發(fā)方式、水庫的調(diào)節(jié)性能、水利樞紐布置、電站類型及廠房條件、上下游綜合利用的要求、工程的施工方式和規(guī)劃等情況。還

23、應(yīng)包括經(jīng)過嚴(yán)格分析與核準(zhǔn)的水能基本參數(shù)，諸如電站的最大水頭、最小水頭、加權(quán)平均水頭、設(shè)計水頭，各種特征流量、，典型年（設(shè)計水平年、豐水年、枯水年）的水頭、流量過程線。此外還應(yīng)有電站的總裝機容量、保證出力以及水電站下游水位流量關(guān)系曲線。電力系統(tǒng)資料：包括電力系統(tǒng)負荷組成、設(shè)計水平年負荷圖、典型日負荷圖、遠景負荷；設(shè)計電廠在系統(tǒng)中的作用與地位，例如調(diào)峰、基荷、調(diào)相、事故備用的要求以及與其他電站并列調(diào)配運行方式等。水輪機設(shè)備產(chǎn)品技術(shù)資料：包括國內(nèi)外水輪機型譜、產(chǎn)品規(guī)范及其特性；同類水電站的水輪機參數(shù)與運行的經(jīng)驗、存在問題等。運輸及安裝條件：應(yīng)了解通向水電站的水陸交通情況，例如公路、水路及港口的運載能

24、力（噸位及尺寸）；設(shè)備現(xiàn)場裝配條件，大型專用加工設(shè)備在現(xiàn)場臨時建造的可能性及經(jīng)濟性；大型部件整件出廠與分塊運輸現(xiàn)場裝配的比價等。除上述資料外，對于水電站的水質(zhì)應(yīng)有詳細的資料，包括水質(zhì)的化學(xué)成分、含氣量、泥沙量等。二、水輪機選型的基本方法目前世界上各國在設(shè)計水電站中選擇水輪機的方法不盡相同，主要方法可以概括為下面幾種。應(yīng)用統(tǒng)計資料選擇水輪機這種方法以已建水電站的統(tǒng)計資料為基礎(chǔ)，通過匯集、統(tǒng)計國內(nèi)外已建水電站的水輪機的基本參數(shù)，在把它們按水輪機型式、應(yīng)用水頭、單機容量等參數(shù)進行分析歸類。在此基礎(chǔ)上，用數(shù)理統(tǒng)計法作出水輪機的比轉(zhuǎn)速、單位參數(shù)與應(yīng)用水頭的關(guān)系曲線= 、=、= 以及電站空化系數(shù)與比轉(zhuǎn)速的

25、關(guān)系曲線等，或者用數(shù)值逼近法得出關(guān)于這些參數(shù)的經(jīng)驗公式。當(dāng)確定了水電站的水頭與裝機容量等基本參數(shù)后，可根據(jù)統(tǒng)計曲線或經(jīng)驗公式確定水輪機的型式與基本參數(shù)。按照選定的水輪機參數(shù)向水輪機生產(chǎn)廠提出制造任務(wù)書，由制造廠生產(chǎn)出符合用戶要求的水輪機。這種方法在國外被廣泛采用。按水輪機系列型譜選擇水輪機在一些國家，對水輪機設(shè)備進行了系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，制定了水輪機型譜，為每一水頭段配置了一種或兩種水輪機轉(zhuǎn)輪，并通過模型試驗獲得了各型號水輪機的基本參數(shù)與模型綜合特性曲線。這樣，設(shè)計者就可以根據(jù)水輪機型譜與模型綜合特性曲線選擇水輪機的型號與參數(shù)。我國與原蘇聯(lián)都曾頒布過水輪機型譜。水輪機型譜為水輪機的選型設(shè)計

26、提供了便利，可使選型工作簡化與標(biāo)準(zhǔn)化。但要注意不可局限于已制定的水輪機型譜，當(dāng)型譜中的轉(zhuǎn)輪性能不能滿足設(shè)計電站的要求時，要通過認(rèn)真分析，研究新的水輪機方案，并與生產(chǎn)廠家協(xié)商，設(shè)計、制造出符合要求的水輪機。同時，要不斷發(fā)展、完善、更新水輪機的型譜。3用套用法選擇水輪機這種方法是直接套用與擬建電站的基本參數(shù)（水頭、容量）相近的已建電站的水輪機型號與參數(shù)。這種方法多用于小型水電站的設(shè)計，它可以使設(shè)計工作大為簡化。但要注意必須合理套用，要對擬建電站與已建電站的參數(shù)進行詳細的分析與比較，還要考慮不同年代水輪機的設(shè)計與制造水平的差異，90年代設(shè)計的電站若直接套用60年代電站的水輪機，往往會使水輪機的參數(shù)偏

27、低。因此，必要時對已建電站的水輪機參數(shù)做適當(dāng)修正后再套用。我國過去應(yīng)用較多的方法是按照水輪機型譜選擇水輪機。但隨著水電開發(fā)的進展，舊的水輪機型譜已不能滿足目前水電站設(shè)計的需要，設(shè)計者常采用不同的選型方法相互結(jié)合、相互驗證，以保證水輪機選型的科學(xué)性與合理性。三、機組臺數(shù)選擇對于一個確定了總裝機容量的水電站，機組臺數(shù)的多少將直接影響到電廠的動能經(jīng)濟指標(biāo)與運行的靈活性、可靠性，還影響到電廠建設(shè)的投資等。因此，確定機組臺數(shù)時，必須考慮以下有關(guān)因素，經(jīng)過充分的技術(shù)經(jīng)濟論證。機組臺數(shù)對工程建設(shè)費用的影響機組臺數(shù)的多少直接影響單機容量的大小，單機容量不同時，機組的單位千瓦造價不同，一般，小機組的單位千瓦造價

28、高于大機組。一方面，小機組的單位千瓦金屬消耗高于大機組，另一方面，單位重量的加工費也較大。除主要機電設(shè)備外，機組臺數(shù)的增加，要求增加配套設(shè)備的臺數(shù)，主副廠房的平面尺寸也需增加，因此，在同樣的裝機容量條件下，水電站的土建工程與動力廠房的成本也隨機組臺數(shù)的增加而增加。機組臺數(shù)對電站運行效率的影響當(dāng)采用不同的機組臺數(shù)時，電站的平均效率是不同的。較大單機容量的機組，其單機效率較高，這對于預(yù)計經(jīng)常滿負荷運行的水電站獲得的效益較顯著。但是，對于變動負荷的水電站，若采用過少的機組臺數(shù)，雖單機效率高，但在部分負荷時由于負荷不便在機組間調(diào)節(jié)，因而不能避開低效率區(qū)，這會使電站的平均效率降低。電站的最佳裝機臺數(shù)，要

29、通過電廠的經(jīng)濟運行分析來確定。此外，機組類型不同時，臺數(shù)對電站運行效率的影響不同。對于固定葉片式水輪機，尤其是軸流定槳式水輪機，其效率曲線比較陡峭，當(dāng)出力變化時，效率變化劇烈。若機組臺數(shù)多一些，則可通過調(diào)整開機臺數(shù)而避開低負荷運行，從而使電站的運行效率明顯提高。但是，對于轉(zhuǎn)槳式水輪機或多噴嘴的水斗式水輪機，由于可以通過改變?nèi)~片角度或增減使用噴嘴的數(shù)目而使水輪機保持高效率運行，因此，裝有這些機組的水電站，機組臺數(shù)對電站運行效率的影響較小。機組臺數(shù)對電廠運行維護的影響機組臺數(shù)較多時，其優(yōu)點是運行方式靈活，發(fā)生事故時對電站及所在系統(tǒng)的影響較小，檢修也容易安排。但臺數(shù)較多時，運行人員增加，運行用的材料

30、，消耗品增加，因而運行費用較高。同時，較多的設(shè)備與較頻繁的開停機會使整個電站的事故發(fā)生率上升。機組臺數(shù)對設(shè)備制造、運輸與安裝的影響機組臺數(shù)增加時，水輪機和發(fā)電機的單機容量減小，則機組的尺寸小，制造、運輸及現(xiàn)場安裝都較容易。反之，臺數(shù)減小則機組尺寸增大，機組的制造、運輸、安裝的難度也相應(yīng)加大。因此，最大單機容量的選擇要考慮制造廠家的加工水平及設(shè)備的運輸、安裝條件。此外，從發(fā)電機轉(zhuǎn)子的機械強度方面考慮，發(fā)電機轉(zhuǎn)子的直徑必須限制在轉(zhuǎn)子最大線速度的允許值之內(nèi)，機組的最大容量有時也會因此受到限制。機組臺數(shù)對電力系統(tǒng)的影響對于占電力系統(tǒng)比重較大的水電廠及大型機組，發(fā)生事故時對電力系統(tǒng)的影響較大，考慮到電力

31、系統(tǒng)中備用容量的設(shè)置及電力系統(tǒng)的安全性，在確定臺數(shù)時，單機容量不應(yīng)大于系統(tǒng)的備用容量，即使在容量較小的電網(wǎng)中，單機容量也不宜超過系統(tǒng)容量的1/3。機組臺數(shù)對電廠主接線的影響由于水電廠水輪發(fā)電機組常采用擴大單元主結(jié)線方式（超大型機組除外），故機組臺數(shù)多采用偶數(shù)。同時為了運行方式的機動靈活及保證機組檢修時的廠用電可靠，除了特殊情況和農(nóng)村小電站外，一般都裝兩臺以上機組。對于裝置大型機組的水電廠，由于主變壓器的最大容量受到限制，常采用單元接線方式，因此機組臺數(shù)的選擇不必受偶數(shù)的限制。以上與機組臺數(shù)有關(guān)的諸因素，許多是既相互聯(lián)系又相互矛盾的，在選擇時應(yīng)針對主要因素，進行綜合技術(shù)經(jīng)濟比較，選擇出合理的機組

32、臺數(shù)。四、水輪機型式的選擇雖然各類水輪機有明確的適用水頭范圍，但由于它們的適用范圍存在著交叉水頭段，因此，必須根據(jù)水電站的具體條件對可供選擇的水輪機進行分析比較，才能選擇出最合適的機型。水輪機的類型及適用范圍水輪機型式適用水頭范圍(m)比轉(zhuǎn)速范圍(mkw)能量轉(zhuǎn)換方式水流方式結(jié)構(gòu)型式反擊式貫流式燈泡式軸伸式206001000軸流式定槳式轉(zhuǎn)槳式380200850斜流式4080150350混流式3070050300沖擊式射流式水斗式30017001035(單噴嘴)不同類型的水輪機具有不同的適用范圍與特點，各類水輪機的特點可概括如下混流式水輪機比轉(zhuǎn)速范圍廣，適用水頭范圍廣，可適用30-700m。結(jié)構(gòu)簡單，價格低。裝有尾水管，可減少轉(zhuǎn)輪出口水流損失。軸流式水輪機較高，具有較大的過流能力，適用于30-80m水頭范圍。轉(zhuǎn)輪可以分解，加工運輸方便。軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機可在協(xié)聯(lián)方式下運行，在水頭、負荷變化時可實現(xiàn)高效率運行。在水頭、負荷變化較小，或裝機臺數(shù)較多的電站，可以通過調(diào)整運行機組臺數(shù)使水輪機在高效區(qū)運行。軸流定槳式水輪機結(jié)構(gòu)簡單、可靠性好，尤其在擔(dān)負基荷的低水頭電站較適用。交界水頭區(qū)水輪機型式的選擇貫流式與軸流式的比較1）1）1）貫流式的水流條件好，同樣過流面積時，貫流式水流通過容易，單位流量大，無蝸殼和肘形尾水管，流道水力損失小，運行效率比軸流式高。2）2）2）