长距离引水径流式水电站装机容量及水轮机额定水头的确定

#=KQH-KkQ3静（K：电站出力系数，根据电站实际情况，取K=8.10）。从流量-水头-装机容量关系表及图可以看出，当引水流量从小到大变化达到某个数值时，电站的装机容量开始下降。也就是说，在引水洞径已定的情况下，此类电站的装机容量存在一个最高点，这个最高点是因为引水流量加大后水头的急剧下降引起的，水头的下降幅度已经抵消了流量增加产生的电能。因此，根据这个最高点，结合机组选型，同时结合引水发电洞径的经济比较，合理地确定电站的装机容量是非常必要的。但是，电站的装机容量并不一定是取最高点就好。本电站装机容量的最高点约在Q=9.50m3/s,N=2448kW。从“表-2流量-水头-装机容量关系表”及“图-1流量-水头-装机容量关系曲线”可以看出，对应（7.50〜8.00〜8.50〜9.00〜9.50）m3/s等几个引用流量的装机容量分别为（2315〜2375〜2418〜2443〜2448）kW,出力差值依次为60kW、43kW、25kW、5kW，差值越来越小，引用流量的增大对出力的增加作用已经很小了。针对这种情况，须进行进一步的论证分析。在本电站最大引用流量Q=8.0m3/s情况下，计算的电站可装机容量2375kW，实际装机宜小于或等于2375kW。通过计算分析，电站总装机2.3MW，通过短时间超发的运行方式达到最大出力。表-2流量-水头-装机容量关系表Q（m3/s）上游水位（m）下游尾水位（m）水头损失Ah（m）静水头（m）净水头（m）装机容量（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)水头损失Ah(m)静水头(m)净水头(m)装机容量(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图-1流量-水头-装机容量关系曲线5水轮机单机容量与额定水头的合理确定5.1水轮机单机容量的确定表-2为根据电站径流资料计算出的电站引用流量发生频率表表-2电站引用流量发生频率表频率(%)5.348.110.51419.923.227.232.337.644.055.287.898.9电站引用流量(m3s)9.57.56.55.54.54.03.53.02.52.01.51.00.5分析表-2，由于电站无调节能力，径流量随季节丰枯变化较大。电站在引用流量1.5m3/s以下运行时间占总运行时间的55.2%，比重很大。因此在确定水轮发电机组单机容量时，应该充分考虑电站在枯水期时、小流量时的水资源的充分、合理利用，在设计时确定装设一台小机组，单机容量0.5MW，在电站最小引用流量0.5m3/s时，出力0.2MW。电站2台大机单机容量为0.9MW。5.2水轮机额定水头的确定本工程水能计算的加权平均水头43.90m。一般情况下，水轮机的额定水头按Hr=（0.9〜1.0）Hp进行确定，则Hr=39.51m〜43.90m。通过水头-流量-装机容量关系表进行分析，这种确定方式是不可行的。原因在于：对于单机来说，在1台机单独运行或2台机同时运行时，或都可发满出力；但在全部机组运行时，由于水头和流量的不匹配，在满足发满出力的流量时，水头不足；在满足发满出力的水头时，流量不足，都是无法发满出力的。因此，额定水头必须适当降低，接近或等于最低水头。通过计算分析，确定大机的额定水头为37.0m，小机的额定水头为38.0m。在水头37.0m情况下，大机单机出力900kW,小机出力500kW,电站满出力运行，此时电站引用流量7.76m3/s。水轮机参数见“表-3光明二期电站机组参数表”。表-3光明二期电站机组参数表项目名称HLD75-WJ-66HLA286-WJ-50数量，台21单机容量，kW978543.5额定水头，m37.038.0水轮机直径，m0.660.50额定转速，r/min7501000额定流量，m3/s3.031.64比转速n,m•kWs257247需要说明的是：小机额定水头稍高的原因在于其多在较高水头下运行，在保证电站在设计水头时发满出力的情况下，尽可能提高小机额定水头，以使其具有较好的综合效率。不可否认，对于小机本身，相对于其单独运行时的水头来说，额定水头38.0m还是偏低的。这是由于电站无调节能力，引用流量变幅大引起的。对于单机容量相同的电站，这种情况不会存在。若小机按其单独运行的水头范围或电站加权平均水头确定额定水头，其额定水头会比较高，随之而来的问题是在大机的额定水头与小机的额定水头之间的水头范围内，会发生大机可发满出力而小机由于机组本身过流能力的限制以及效率的下降、出力大幅降低的情况，使电站总无法发满出力。在两者无法兼顾的情况下，从电站的整体考虑，小机选择较低的额定水头是合适的。在装设大、小两种机型的情况下，需要考虑在电站引水流量增大的过程中大、小机引用流量的衔接，使大机的最小出力接近小机的额定出力，以取得较好的运行工况。6结束语对于具有长距离引水系统的径流式电站，由于流量与水头这两大水力要素互相作用，对工程规模产生了重大影响。结合实际工程