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    萬家寨電站機組發電節水和運行振動區的探討
    更新時間:2019-02-24 發布:www.ujzr.tw

    摘要:本文論述了萬家寨電站運行負荷、庫區水位和機組振動、電站節水運行的關系,從穩定運行和節水等綜合身分斟酌,給出了萬家寨電站最好的運行水位和機組運行負荷。
    關頭詞:機組運行 水位 節水 振動
    1 概述
    萬家寨水利樞紐位于黃河中游北干流上段,工程由水利部、內蒙古自治區和山西省三方投資建設,水利樞紐包括混凝土重力壩、引黃取水口和右岸電站。電站共安裝有6臺180MW水輪發機電組,其中1~3號機組為蒙西電網供電,4~6號機組為山西電網供電。電站設計多年平均發電量為27.5億kW·h,年夜壩高105m,壩頂長443m,正常蓄水位977.00m,最高蓄水位980.00m。電站最年夜水頭81.5m,最小水頭51.3m,水輪機額定水頭68.00m。
    對電站的水輪機組來說發電量越多,水用的越少,機組的靠得住性越高,則是最好的運行方案(或說最好的運行點)。可是,建設一個有年夜壩和電站等舉措措施的現代化水利樞紐往往不單單是為了發電,還有很多的綜合利益,萬家寨水利樞紐的第一使命是為晉蒙二省區的能源基地供水,然后才是"連系發電調峰,兼有防洪防凌作用"。所以,萬家寨水電站和很多水電站一樣往往要電調從命水調。天津水利勘測設計院憑據黃河中游百年的水文資料,編制了萬家寨水庫調劑圖,給萬家寨水利樞紐(包括電站在內)的運行,提供了科學的依據。在保證供水、防洪防凌等社會利益的條件下,怎樣用最少的水發最多的電,并保證機組的靠得住性,應當是我們研究的重點。
    我們可以憑據庫區的水位,分為高、中、低水頭發電,在各水頭下憑據機組運行的振動情況又可分為振動區運行和非振動區運行。
    2 機組的振動、擺度情況
    機組在調峰尤其是進行網間潮水調整時,機組可能會長時間地在振動區運行,振動對機組的風險是很多的,例如:振動使機組的各部件的毗連松動,引發零部件或焊縫的委靡裂紋的形成并擴年夜,在一定的頻率條件下還將引發共振等等,萬家寨電站的水輪機葉片在2001年發現了裂紋,有關科研院校的分析和研究講明,水輪機運行時在一定的水頭和負荷下引發的渦帶、卡門渦釀成的振動和它們引發的共振是裂紋形成的重要身分。以上簡單的分析說明,振動嚴重的影響機組運行的穩定性,機組應當避開振動區運行。



    圖1:1-4號機水導擺度曲線圖2:1-4號機頂蓋垂直振動曲線
    機組的振動區:機械裝備運行的時辰一般都是有振動的,只是振動的年夜小和頻率的凹凸分歧而已,這里所說的振動區的振動是指跨越了國家尺度規范的振動。圖1和圖2是1~4號機組在56.5m、68m、78.5m水頭運行時的水導擺度曲線和頂蓋振動曲線圖,從圖中可清晰的看到2~8萬、2~10萬、2~15萬負荷劃分是以上三個水頭運行時的振動區間,而且是隨著水頭的增高而振動加年夜、振幅加寬,在78.5m水頭、負荷在5~13萬運行時振動最年夜,在所有的水頭下15萬以上負荷都脫離了振動區。表2和表3是3號機組和4號機組在975、976、977m水位運行時振動隨負荷變化的現場記實,從表中可識趣組在上述3個水位運行時,其振動有一個較著的變化,當水位在975m,負荷在110~120MW時,振動范圍基本在0.11mm以下,合適國標,而水位在976m和977m運行時,振動要到達0.11mm以下時,負荷要在130~140MW和140~150MW。可見,若是水位控制在975m左右,將年夜年夜的削減機組運行的振動范圍,擴大運行空間,而且節水。為了保證機組的運行靠得住性,國家電力行業尺度(DL/T710-1999)劃定,"混流式機組應在響應水頭下的機組最年夜保證功率45~100%范圍內運行"。這一尺度即劃定了運行單元不能過量偏離設計工況運行,同時也給出了機組設計和制造單元的一個技術尺度,很惋惜,萬家寨的機組和國內的部門機組一樣,并沒有到達這一尺度。
    表1:萬家寨電站3#機運行振動記實


    3 機組節水運行分析
    機組運行的最節水滴:由于生齒增加、工農業生產的成長及天氣的變化,使黃河中游的來水削減,設計院的實測多年平均流量是790m3/s,設計院的設計多年平均流量是621m3/s,而1999年~2004年上半年現實年平均來水是399m3/s,比原設計少1/3,所以說節水對萬家寨的經濟效益尤其重要。表2是廠家給出的水輪機的優化運行范圍,當水頭在80m,負荷最高(183.7MW)運行時,每度電的耗水率是5.01m3。即:在最高水位的最年夜的負荷運行時耗水率是最低的。同時從表中也能夠看出以下2點:1、隨著運行水位的升高,發電的耗水率下降。2、每一個水頭下運行時,最高負荷的耗水率是最低的(只限表2中給出的出力范圍)。而且,在統一水位下,負荷越高越節水,如當清水頭為70m時,出力為133.8MW時,每度電的用水量是5.8m3,當出力為204.1MW時,每度電的耗水是5.6m3。固然,由于隨著水位的抬高,整個庫區的水壓力也將增加,除發機電組外,其他部位水的消耗率將增年夜,例如,不發機電組的漏水量,庫區的泄漏量等等。
    從表2進一步分析我們可以看到水輪機組發電的負荷年夜小和水位的凹凸直接決議了耗水率,是以對整個萬家寨電站的節水意義重年夜,這里用幾組數據加以說明:1、清水頭在50m,發電出力為20MW,每度電的耗水是12.84m3,清水頭在80m時,發電出力為183.7MW時,每度電的耗水是5.01m3,每度電的耗水相差7.83m3。2、當清水頭都為80m時,發電出力為20MW時,每度電的耗水是7.43m3,和發電出力為183.7MW時每度電的耗水5.01m3相差2.42m3。3、清水頭70m時,都在優化運行范圍133.8MW和204.1MW其每度電的耗水率也相差0.2m3。萬家寨近幾年平均每一年發電量為18億度,以上3例都說明發電水位的凹凸和發電負荷的年夜小,對節水和增發電都是一個驚人的數字,按常見的第3例來計較,若是出力在204.1MW,每度電耗水在5.6m3的根蒂根基上比133.8MW多發電70.3MW,而且每度電還將節水0.2m3,全年將節水3.6億m3,(每度電耗水按6m3計較,將多發電6萬萬度)。
    4 竣事語
    從上面的分析可以看出若是萬家寨水電站的水輪機組若是在80m水頭、負荷在183MW運行時,不管是在經濟效益方面(發電量最年夜、每度電的耗水率最低),仍是在機組的運行穩定性方面,都是最好點位,可是,萬家寨電站的水輪機組每一年只有短時間才能這樣運行,而盡年夜部門時間是在分歧的水頭、分歧的負荷下運行的,緣由以下:1、由于黃河防洪、防凌和環保(黃河不竭流)的要求,憑據黃河防汛總指揮部水調的要求隨時調整水庫水位,依照天津水利設計院的萬家寨水庫調劑圖的要求,供水期最高蓄水位可達980m,其延續時間不跨越10天。2、萬家寨電站機組在電網上的使命是調峰(尤其調潮水),這樣就決議了機組不成能在統一負荷下運行。這里還要說明一點的是,若是在80m水頭運行時,負荷達不到150MW以上,則水輪機組的振動、擺度、噪音等技術指標都是最惡劣的。所以,從節水和運行穩定性等綜合指標斟酌,機組持久運行的水位在970m~975m較好,由于968m~975m水位機組運行的振動的上升坡度較緩,所以,運行水位在974m~975m,負荷在110MW~120MW以上為佳,180MW四周運行為最好。
    [參考文獻]
    [1]涂建炎。水輪機[M]。北京:水利電力出書社,1991。
    [2]黃河萬家寨水利樞紐水輪機穩定性運行研究[Z]。北京:清華年夜學,2002。
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