淺談在水能動力發電中水輪發電機組穩定性的主要影響因素及應對措施

李星偉

摘要：水輪發電機組作為水電廠水能動力發電的重要設施，水輪發電機屬于關鍵的構成部分，確保且運行的穩定性？，無論在電網經濟利潤，還是水電站運行安全方面，均產生很大的影響。如何確保其運行的穩定性變得十分關鍵。本文通過以xx地區水電站為例，分析了水能動力發電中水輪發電機組穩定性的影響因素，提出了提升水輪發電機組穩定性的合理對策。此研究以分析水能動力發電中水輪發電機組穩定性的影響因素及應對措施為目的，從而有效發揮出水輪發電機組的作用。

關鍵詞：水能動力發電；水輪發電機組；穩定性；影響因素；應對措施

前言：

對于水能動力發電中的水輪發電機組而言，經常會受到各類不同因素的干擾和影響，導致其穩定性沒有達到相關標準，其中，無論是電氣、機械，還是流體等，均是其中主要的影響因素，面對此種情況，基于確保水能動力發電的運行穩定性的目的，應深入探究與分析其中的影響因素，同時提出科學的處理對策，此項舉措具有重要的研究意義和實踐價值。

一、xx地區水電站概況簡介

xx水電站地處漢江的中游河段位置，周圍群山環繞，壩址控制流域面積達15.8萬km2，其平均流量1010m3/s，其中夏季時的徑流量占據了一整年的54%。表現出洪水峰高量較大的特點。整個水電站的樞紐工程涵蓋了混凝土重力壩、變電站、廠房及相關設施等部分。攔河壩按500年一遇洪水（13600m3/s）設計，廠房按200年一遇洪水（12400m3/s）設計，泄水建筑物按50年一遇洪水（10300m3/s）設計。電站最大壩高116米，壩頂長度為389.5m，正常蓄水位3310m，具有日調節能力。電站采用左側河床布置6孔溢流壩，右側河床布置6臺水輪發電機組的壩后式地面廠房方案，并裝設由國內水電設備生產廠家生產的HLA643—LJ-450規格的水輪機和型號為SF85-44/930規格的發電機，相應的單機容量為85MW，目前均已投產發電。具體相關指標見下表1。

二、水能動力發電中水輪發電機組穩定性的影響因素分析

由于干擾力差異性，影響水輪發電機組穩定性的因素涵蓋三種情況：機械、水力以及電磁等影響因素[2]。由于產生的原因不一樣，導致形成的振頻也各異，詳情如下表2所示。

（一）機械因素導致的振動現象

對于由于機械因素導致的振動現象，一般表現為下述幾種情況：（1）機組的軸線不夠正、對中的效果不佳；（2）相應的轉動零件在質量方面出現失衡的狀況；（3）相應的導軸承存在一定的不足；（4）相應主軸的密封處理不到位，導致不良情況的出現；（5）有關靜板不夠平直、相應的推力瓦水平度嚴重不足；（6）相應的推力頭出現了松動的狀況；（7）有關導軸瓦的間隙調控不夠合理化；（8）相應的轉子產生振擺的情況[3]。

水力因素導致的振動現象

對于水力因素導致的振動現象，所產生的原因可謂十分復雜。受到卡門渦列的影響，會導致振動情況發生。根據相應的水力實驗可知，在流體徑向通過某個圓柱物體過程中，其后面將朝著兩條相互平行直線而形成具有特定間距的單渦，見下圖1。不同單渦采用旋轉交替方式被予以釋放，導致圓柱體形成具有周期特征的振動情況。

卡門渦列相應振動頻率可以采用下述公式（1）進行計算：

同時，水力不平衡、尾水管渦等因素也會導致形成振動的情況，主要源于尾水管內的空腔壓力脈動作用而形成。再加上軸流型水輪機的葉片也會產生一定的振動作用，使相應的導葉開度產生變動，在具體的開度降低至某種程度的時候，此時葉片則產生表面的脫流或者空化作用，導致水輪發電機組產生振動的情況，影響到其穩定性[4]。當然，針對具體的運作狀況，還可能由于導葉數與轉輪葉片數無法相匹配而導致相應的壓力脈動情況的發生。

（三）電磁因素導致的振動現象

導致產生振動的電磁因素涵蓋很多，比如：空氣相應間隙缺少勻稱性、轉子繞組的短路以及磁極相應次序差錯等等，進而致使磁路出現嚴重的不對稱情況，產生的磁拉力作用失衡。在某個磁極相應的磁動勢由于受到短路影響變小后，與其相關的磁極磁動勢卻無變化，所以產生和轉子共同旋轉相應的徑向失衡磁拉力作用，形成轉子的振動情況。

同時，在發電機的轉子出現不圓或者擺動的情況下，此時的空氣間隙也不夠勻稱，形成單面的失衡磁拉力作用，并在轉子旋轉影響下，致使空氣間隙產生周期的變動。而單邊失衡的磁拉力則圍繞圓周形成周期的移動現象，致使機組產生振動，當磁電流變大時，由空氣間隙不夠勻稱導致的振動情況也更加明顯。

三、提升水輪發電機組穩定性的合理對策

（一）注重水輪機規格型號的科學選用

為了確保水輪機組運行的穩定性，應該做好水輪機相應的水力設計工作，確保設計的合理性，并且注重水輪機規格型號的科學選用，處于電站設計時期，嚴格檢查所選用的不同類型水頭的規格型號與功能是否達標，進而達到既定的目標[5]。顯然，通過合理選用水輪機轉輪的規格型號，能夠保證水頭位置擁有穩定、安全的運作區域，降低出現振動與裂紋的情況，從而減小其帶給水輪機的損害。所以，應該確保水輪機的水頭變化的幅度不可過多，以相應的轉速作為選用的參考因素，同時結合水頭的變化、水質的情況、負荷可調控的區間、水輪發電機組的數量等因素予以合理選用。

（二）加大運作條件的改進和完善力度

設計相應翼型過程中，能夠確保證空化程度較輕，面對此種狀況，一般并沒有產生相應的空蝕情況。不過處于偏離設計工況很多的情況下，無論是轉輪相應的出流條件，還是翼型相應的繞流條件均形成很大變化，進而導致翼型的空腔空化現象變得更加嚴重。所以，應加大水電廠運作條件的改進和完善力度，應確保機組處于最佳工況區域下進行運作，規避上述情況的產生，從而使水輪機運行更加穩定。

結論：

從論文的分析中不難獲知，深入探究和分析水能動力發電中水輪發電機組穩定性的影響因素及應對措施具有重要意義。本文通過以xx地區水電站為例，分析了水能動力發電中水輪發電機組穩定性的影響因素，提出了提升水輪發電機組穩定性的合理對策：注重水輪機規格型號的科學選用、加大運作條件的改進和完善力度。望此研究的結果能引發有關人員的重視，從中獲取相應的幫助，進而確保水輪發電機運作的安全穩定性。

參考文獻：

[1]王寶金.水能動力發電中影響水輪發電機組穩定性的因素及其措施[J].建筑工程技術與設計，2017，26（14）：165-168.

[2]葉超.水利發電中水輪發電機組穩定性的影響因素及其策略[J].工程技術：全文版，2016，29（10）：00149-00150.

[3]李平，楊鶴.探析水輪發電機組穩定性的影響因素及其措施[J].科學與財富，2016，36（12）：180-182.

[4]羅海生.探析影響水輪發電機組穩定性的因素及其策略[J].工程技術：引文版，2016，29（23）：00056-00058.

[5]李文耀.淺議水輪發電機組的安裝質量控制措施[J].大科技，2017，32（14）：142-145.