長距離引水徑流式水電站裝機容量及水輪機額定水頭的確定

#=KQH-KkQ3靜（K：電站出力系數(shù)，根據(jù)電站實際情況，取K=8.10）。從流量-水頭-裝機容量關(guān)系表及圖可以看出，當(dāng)引水流量從小到大變化達(dá)到某個數(shù)值時，電站的裝機容量開始下降。也就是說，在引水洞徑已定的情況下，此類電站的裝機容量存在一個最高點，這個最高點是因為引水流量加大后水頭的急劇下降引起的，水頭的下降幅度已經(jīng)抵消了流量增加產(chǎn)生的電能。因此，根據(jù)這個最高點，結(jié)合機組選型，同時結(jié)合引水發(fā)電洞徑的經(jīng)濟比較，合理地確定電站的裝機容量是非常必要的。但是，電站的裝機容量并不一定是取最高點就好。本電站裝機容量的最高點約在Q=9.50m3/s,N=2448kW。從“表-2流量-水頭-裝機容量關(guān)系表”及“圖-1流量-水頭-裝機容量關(guān)系曲線”可以看出，對應(yīng)（7.50?8.00?8.50?9.00?9.50）m3/s等幾個引用流量的裝機容量分別為（2315?2375?2418?2443?2448）kW,出力差值依次為60kW、43kW、25kW、5kW，差值越來越小，引用流量的增大對出力的增加作用已經(jīng)很小了。針對這種情況，須進行進一步的論證分析。在本電站最大引用流量Q=8.0m3/s情況下，計算的電站可裝機容量2375kW，實際裝機宜小于或等于2375kW。通過計算分析，電站總裝機2.3MW，通過短時間超發(fā)的運行方式達(dá)到最大出力。表-2流量-水頭-裝機容量關(guān)系表Q（m3/s）上游水位（m）下游尾水位（m）水頭損失Ah（m）靜水頭（m）凈水頭（m）裝機容量（kW）0.501030980.510.0549.4949.442001.001030980.660.1849.3449.163981.501030980.780.4149.2248.815932.001030980.880.7349.1248.397842.501030980.971.1549.0347.889703.001030981.051.654&9547.3011493.501030981.122.2448.8846.6413224.001030981.192.9348.8145.8814864.501030981.263.7148.7445.0316415.001030981.324.5848.6844.1017865.501030981.375.5448.6343.0919206.001030981.436.6048.5741.9720406.501030981.487.7448.5240.7821477.001030981.538.9848.4739.4922397.501030981.5810.3148.4238.112315

Q(m*)上游水位(m)下游尾水位(m)水頭損失Ah(m)靜水頭(m)凈水頭(m)裝機容量(kW)8.001030981.6211.7348.3836.6523758.501030981.6413.2448.3635.1224189.001030981.6514.8448.3533.5124439.501030981.6516.5448.3531.81244810.001030981.6618.3248.3430.02243110.501030981.6620.2048.3428.14239311.001030981.6622.1748.3426.172332圖-1流量-水頭-裝機容量關(guān)系曲線5水輪機單機容量與額定水頭的合理確定5.1水輪機單機容量的確定表-2為根據(jù)電站徑流資料計算出的電站引用流量發(fā)生頻率表表-2電站引用流量發(fā)生頻率表頻率(%)5.348.110.51419.923.227.232.337.644.055.287.898.9電站引用流量(m3s)9.57.56.55.54.54.03.53.02.52.01.51.00.5分析表-2，由于電站無調(diào)節(jié)能力，徑流量隨季節(jié)豐枯變化較大。電站在引用流量1.5m3/s以下運行時間占總運行時間的55.2%，比重很大。因此在確定水輪發(fā)電機組單機容量時，應(yīng)該充分考慮電站在枯水期時、小流量時的水資源的充分、合理利用，在設(shè)計時確定裝設(shè)一臺小機組，單機容量0.5MW，在電站最小引用流量0.5m3/s時，出力0.2MW。電站2臺大機單機容量為0.9MW。5.2水輪機額定水頭的確定本工程水能計算的加權(quán)平均水頭43.90m。一般情況下，水輪機的額定水頭按Hr=（0.9?1.0）Hp進行確定，則Hr=39.51m?43.90m。通過水頭-流量-裝機容量關(guān)系表進行分析，這種確定方式是不可行的。原因在于：對于單機來說，在1臺機單獨運行或2臺機同時運行時，或都可發(fā)滿出力；但在全部機組運行時，由于水頭和流量的不匹配，在滿足發(fā)滿出力的流量時，水頭不足；在滿足發(fā)滿出力的水頭時，流量不足，都是無法發(fā)滿出力的。因此，額定水頭必須適當(dāng)降低，接近或等于最低水頭。通過計算分析，確定大機的額定水頭為37.0m，小機的額定水頭為38.0m。在水頭37.0m情況下，大機單機出力900kW,小機出力500kW,電站滿出力運行，此時電站引用流量7.76m3/s。水輪機參數(shù)見“表-3光明二期電站機組參數(shù)表”。表-3光明二期電站機組參數(shù)表項目名稱HLD75-WJ-66HLA286-WJ-50數(shù)量，臺21單機容量，kW978543.5額定水頭，m37.038.0水輪機直徑，m0.660.50額定轉(zhuǎn)速，r/min7501000額定流量，m3/s3.031.64比轉(zhuǎn)速n,m?kWs257247需要說明的是：小機額定水頭稍高的原因在于其多在較高水頭下運行，在保證電站在設(shè)計水頭時發(fā)滿出力的情況下，盡可能提高小機額定水頭，以使其具有較好的綜合效率。不可否認(rèn)，對于小機本身，相對于其單獨運行時的水頭來說，額定水頭38.0m還是偏低的。這是由于電站無調(diào)節(jié)能力，引用流量變幅大引起的。對于單機容量相同的電站，這種情況不會存在。若小機按其單獨運行的水頭范圍或電站加權(quán)平均水頭確定額定水頭，其額定水頭會比較高，隨之而來的問題是在大機的額定水頭與小機的額定水頭之間的水頭范圍內(nèi)，會發(fā)生大機可發(fā)滿出力而小機由于機組本身過流能力的限制以及效率的下降、出力大幅降低的情況，使電站總無法發(fā)滿出力。在兩者無法兼顧的情況下，從電站的整體考慮，小機選擇較低的額定水頭是合適的。在裝設(shè)大、小兩種機型的情況下，需要考慮在電站引水流量增大的過程中大、小機引用流量的銜接，使大機的最小出力接近小機的額定出力，以取得較好的運行工況。6結(jié)束語對于具有長距離引水系統(tǒng)的徑流式電站，由于流量與水頭這兩大水力要素互相作用，對工程規(guī)模產(chǎn)生了重大影響。結(jié)合實際工程