水轮机计算水头的选择刘燕生(水利电力部天津勘测设计院)多年来,我国水轮机专业文件中,水轮机计算水头的概念和选择不很明确.有些水电站的设计,忽视水轮机计算水头的选择与论证,导致电站建成后经济效益不能充分发挥.本文拟对水轮机(包括水泵一水轮机)计算水头的选择间题提出建议,以供讨论.11!1、‘{⋯硅lJl|才lIJlJj|一、符号、名称和定义有些技术文件把水轮机计算水头和设计水头,这两个不同概念的术语混淆起来.《水力发电机电设计技术规程(报批稿)》第2.1.2条指出:“水轮机的设计水头应根据电厂加权平均水头和水库运行方式进行合理选择.当设计水头接近电厂最低或最高净水头时,应论证其经济性和合理性”.在该规程中并没有给出设计水头的定义.《水电站机电设计手册》〔‘’用符号H。表示设计水头,定义为“水轮机发出额定出力时最小净水头(m)”.水轮机的额定出力用符号Nr。表示,定义为“设计水头,设计流量和额定转速下水轮机的轴功率(kw)”.有的文献用符号H,表示计算水头,定义为“计算水轮机所配发电机的额定出力用的水头”.显然,《水电站机电设计手册》对额定出力所赋与的定义也是不够明确的.“计算水头”这一名称源于苏联的技术文献,全称为“按出力的计算水头”.美国垦务局用“额定水头”的名称,并以符号H,表示,额定水头定义为“水轮机全开度出力,使发电机发出额定出力时的净水头”〔’J.我们所讨论的计算水头,就是水轮机导水叶全开时,使水轮发电机组发出额定容量时的净水头.《水电站设计手册》和《技术规程》中称这一水头为设计水头,这与国际上的习惯不符.无论美国或苏联,设计水头均指水轮机最优工况点的工作水头;设计水头应接近电站的平均运行水头,保证电站能发出较高的年发电量.按照我国多年来的习惯,建议采用计算水头这个名称.用符号H,表示,它定义为水轮机导水叶在最大设计开度下,保证发电机发出额定出力的净水头.水轮机额定出力通常根据水轮机特性曲线,在计算水头下,与5%出力限制线上对应值计算而得出.水轮机额定出力乘以发电机的效率即为发电机的额定出力.{{{!气}一二、计算水头选择的重要意义计算水头选择的正确与否,将影响电站的经济效益.一种情况是计算水头选定过低.例如美国沙斯塔(shasta)水电站,最高水头z45m,最低水头7sm,计算水头选为lolm,由于运行水头较高,发电机经常超载运行,发电机绕组过早地损坏,又如我国三门峡水电站,最高水头52m,最低水头15m,计算水头选定30m,发电机额定出力5万kw,在非汛期,发电机经常超载运行,多年平均非汛期弃水达48亿m3,年损失电量约4亿kw·h,目前正在考虑提高计算水头,加大电站装机容量,以充分利用非汛期的弃水.如果当初提高计算水头,加大发电机容量,几年来,增加电量所得的收益,早已补偿了增大容量的附加投资,并有盈余.另一种情况是计算水头选得过高,机组不能满载运行.例如马迹塘水电站,最大水头8.5m,最小水头3.6m,计算水头为6.55m,机组额定出力为18,500kw,当上游处于正常蓄水位,电站满载流量时,下游水位抬高,水头仅有6.lm,机组不能发出额定出力.出现这一问题可能有多种因素,但水头不足,电站不能充分发挥效益,却是事实.对于径流式水电站,水头随流量增加而减少.当流量不大时,水流出力随流量增加而增大;当流量增大到某值时,水流出力达到最大值,再增加流量,水流出力反而下降,非洲某水电站,可行性研究报告建议安装4台机组,总装机容量10万kw,低于电站最大水流出力,但水轮机计算水头却大于相应流量的水头H。,电站也不能满发.初步设计时发现这一问题后,将计算水头降到稍低于H。.可见水轮机计算水头的选择不仅与电站装机容量有关,而且与电站流量和下游水位变化的特性有关,选择时应慎重考虑.站水头与流量保持一定的关系(如图1所示).当机型与机组台数初定之后,可以按装机容量所对应的水头与过机流量计算转轮直径,也可以拟定几个不同计算水头方案,‘通过技术经济比较,优选出装机容量、水轮机额定出力和计算水头.但是,必须校核电站满载流量时所对应的净水头是否超过或等于水轮机计算水头,如果低于计算水头,则电站不能满发出力.通过经济论证,允许设置1~2台检修备用机组.M,‘考/。斌三、常规水轮机计算水头的选择初步设计时,通常由动能经济专业按经验公式估...
