低水面电站灯炮贯流机组的设计

低水面电站灯炮贯流机组的设计

1．洪水不易,防洪不易水面1.5m的平原河流和沿海潮汐能源（包括沿河岸数百公里洪水支持的港岛潮汐资源）尚未开发。其根源是水头低,引用流量大,则水轮机尺寸大、转速低。低速电机造价昂贵,且有的地方洪水位高,防洪不易。在低水头电站中,最受瞩目的是灯泡贯流机组,但它多潜没在尾水面下运行,维护要求很高,修理尤其困难,且只适用于直径2.5m的机组,小于2.5m则采用国外经验推荐的轴伸贯流式和竖井贯流式。前者多用于水头大于4m的场合,但因主轴很长且通过尾水管,效率稍低;后者电机局限竖井内,温升高,噪声大,上下竖井手攀足蹬很不方便,且引水流道长,断面变化多,沿程水头损失较大。此两种安装类型电机虽移出水外,却贴近尾水面,甚至以下,故都得围筑高墙防洪,枢纽造价居高不下。20年来,福建省只建了3个这样的站(其中一个潮汐站),且皆造价高、出力不足、效果欠佳,齿轮增速噪声超过95dB,值班者置身于玻璃斗室中,深受困扰,难于推广。2电机与电机并网发电为了解决上述问题,设计了几种新结构,串灯泡贯(轴)流式是其中之一。串灯泡贯流机组的结构见图1。图1中采用的鼠笼式异步发电机结构简单,且其鼠笼转子坚固,不怕飞车,并网简易,无失步及振荡现象,故障极少,其效率还高过同步电机2%～3%。其底座以无缝钢管与灯泡体固联,其轴伸与弧线锥齿轮副的连轴龆齿轮直联,密封止水依靠灯泡后的贯流水轮机轴伸端的机械密封和射流动态密封装置,没有渗水之患,只有端盖靠“O”形橡胶圈及密封胶静止密封。电缆出头的密封早已久经考验没有问题,况灯泡体(齿轮箱)内尚备有呼吸和渗水排出等装置,对电机不构成威胁。电机的定子绕组已加强了防潮绝缘,且只淹没在上水面下,关掉进水闸,电机即高出尾水面,故便于检修。其上设置吊车,便于吊出。无缝钢管上接口备有盖板电机吊起后随手封闭以免不测本贯流机组为调桨式,调桨用伺服电机(装在转轮毂内),电源从主轴的另一端输入,由岸上的电脑调速器按照负载或流量变化输出信号,使桨叶自动调节转角直至与流量相适应为止。异步电机并网发电另配有残压常压频率计,当调至接近50Hz时即可并网,比同步电机并网简单。异步电机并网发电美中不足的是要吸收无功激磁电流,但可在电站内或在变电站另装电容补偿装置。两者相加仍比同步电机划算。故在国外,几万千瓦的电站也用异步电机并网发电。在福建省大田县,建造了20余座异步电机并网电站,其中蕉岭站单机容量达到500kW。当异步电机应用于潮汐电站时,由于潮汐电站水头变幅大,当单转速难以维持水轮机始终在高效率区运行时,宜用变极双速的异步电机,例如水头0.8～1.8m时,以500rmin,12极运行;1.8～4.0m时切换至750rmin,8极运行。这样可使潮汐电站运行历时加长,比单速多发电能10%。若非并网运行的孤立电站,只能引用同步电机,如仍潜水运行,该用无刷励磁式同步电机,可免除电刷故障并便于维护。应用潜没式机组,如果洪水位高,机组上方可不建厂房,让其露天运行,而把控制设备移建到高冈上。但在洪水位不高的场合也可不用潜水电机,而将竖轴伸出水面,通过机房上的轴承座与立式电机联结,竖轴外套隔水管,严防渗水进入灯泡体(齿轮箱)内。3桨式水轮机的正截面在水头稍高例如3～8m场合,可用串灯泡轴流转桨式水轮机,其结构见图2。它是卧轴轴流转桨式水轮机,用压力明槽引水,灯泡式齿轮箱紧靠导流毂前端,主轴从隔水的无缝钢管通出地面与电机联结,可以是同步电机也可用异步电机。为了防洪,当洪水袭来前可用钟罩把电机罩住。实践证明钟罩方案防洪十分可靠,且操作简单,只需用手动吊车吊装钟罩,将下端法兰用螺栓固定即可。4zd980型转轮表1为两种串灯泡贯流调桨式水电机组的性能参数。转轮引用湖南省马迹塘电站进口机组转轮,它具有单元流量大、单元转速高和效率高等特点,特别适用于5m以下水头。表2为两种串灯泡轴流转桨式水电机组的性能参数。转轮引用天津电气传动设计研究所研制的转轮,用以取代国内广泛采用的ZD760型转轮。两相比较同样具有单元流量大、单元转速高、汽蚀性能好等特点,并可做成转桨式,在改成卧式类贯流安装后,比立式性能还将更胜一筹。福州山海能源研究所自1984年研制潜没式250kW机组2台(H=5m,Q=6.5m3s),装于顺昌贵岭电站,至今已运行10多年;1986年起先后投入运行了GT003-JM-80和GT03-WPL-120型直角增速类灯泡贯流机组。实践证明在机房上没有齿轮噪声,转轮轴伸端止水密封性能可靠,运行稳定。在总结以上成功经验的基础上,设计出以上2种系列的水电机组,转轮直径D1分100、120、140、160、180和200cm共6种规格。如用于潮汐电站则用材特殊,并有牺牲阳极或阴极保护等装置,同时配套双速异步电机及虹吸淹覆电机等特殊装置,借以适应潮汐电站的特殊要求。5齿轮传动的效率更圆锥弧线齿轮直角增速传动效率高达98%,把水轮机增速3～5倍之后,容易选用常规高速电机配套。电机重量几乎与转速成反比,增速几倍重量也近乎下降几倍,造价也剧降几倍,且高速电机效率比低速电机高出3%以上,故齿轮传动的效率损失可由高速电机的效率提高得到补偿而有余。用高速电机其基础载荷小,吊车容量也小,运费亦省。齿轮箱在水中运行,冷却条件特好,而噪