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摘要：针对万家寨电站水轮机的经济运行问题,从水轮机的工作水头、运行效率方面进行了分析。
关头词：水轮机 经济运行 耗水率 效率
万家寨水电站装有6台180MW水轮发机电组，电站的主要使命是发电调峰和供水，设计年发电量27.5亿kW·h。万家寨水库的设计年均径流量为192亿m3，然而近年出处于黄河自然径流的削减，加上上游引水的加年夜，水库的现实来水远少于设计值，据统计2000～2003年万家寨水库的年径流仅划分为129.41亿m3、111.88亿m3、118.84亿m3、112.28亿m3，来水形势很是严肃，若是不能更充实地哄骗现有来水，做好电站的经济运行，势必严重影响枢纽的还贷和实现效益。
发电耗水率指标是衡量水电站经济运行情况的主要指标,而影响该指标的主要身分就是水轮机的经济运行工况的黑白，是以要下降发电耗水率，必需优化水轮机的运行参数，改善其运行工况。本文从水轮机运行的两个关头参数-工作水头和效率动身，进行优化分析，以求经由过程水轮机的经济运行来提高电站的经济运行水平。
1 水轮机主要参数
万家寨水电站水轮机划分由天津阿尔斯通公司和上海希科公司生产，见表一。
表一 万家寨水轮机参数一览表
2 水轮机在分歧水头下的经济运行分析
2.1 分歧水头下的水轮机耗水率分析
万家寨水库库容较小，总库容仅8.96亿m3，调理能力很是有限，是以电站的运行水位经常有较年夜变化，电站低运行水位为952.00m高程，高运行水位为980.00m高程，年夜变幅达28m，这对水轮机来说意味着工作水头的庞大变化，从水轮机的出力公式N=9.81.Q.h.η不难分析运行水头与出力的关系:运行水头越高，水轮性能量特征越好，单元千瓦时的耗水就越小，以万家寨5#水轮机为例，图一绘出了该水轮机在75.58m、67.40m、59.28m工作水头下的水轮机耗水率曲线，显然水轮机工作水头对其耗水率有着显著的影响：在上述高中低三个水头下水轮机发出150Mw出力，其耗水率划分为5.28m3/kW.h、5.81m3/kW.h、6.80m3/kW.h，设发电用水1000万m3，则发电量划分为189.40万kW.h、172.12万kW.h、147.06万kW.h，以5#机上网电价0.374元/kW.h计较，经济效益划分为70.84万元、64.37万元、55.00万元，可见不异的发电用水，因水头的分歧而发生的效益年夜小差异庞大，所以要下降发电耗水率必需提高水轮机的工作水头。
2.2 提高水轮机的工作水头的措施
(1)应连结万家寨水库的高水位运行。连结万家寨水库的高水位运行，这是提高水轮机工作水头的主要措施。今朝万家寨水库的运行水位主要受水和谐电调两方面身分制约：第1、水库的运行要知足防洪、防凌、流域调水等要求。万家寨水库设计汛期为7～10月，其中主汛期（7月15日～10月15日）水库运行水位不得跨越汛限水位966.00m高程,在该高程以下范围内水轮机的运行由于偏离额定工况（Hr=68m）较年夜，因而能量特征较差，浮现出较高的发电耗水率。笔者认为汛限水位不应局限于某一固定值,应当视黄河现实水情而定，这样水库既能阐扬防洪作用，同时水电企业又能获得可观的经济效益；第2、电网的运行需要。对万家寨水电站来说，以来水量定发电量，且水库连结较高水位运行，是较为经济合理的运行方式，但作为晋蒙两电网少有的调峰电源，万家寨电站由于两网调峰、调频、事故备用的需要,往往现实发电运行方式要偏离计划的经济运行方式，是以水库难以连结在较高的经济水位运行，从而致使发电成本的增加,出格是现在面临晋蒙两网日益严重的供电局面,万家寨电厂的调峰使命会加倍艰难，水和谐电调的矛盾将加倍突出，追求两者的优化运行、实现经济调剂将是万家寨电站很是紧迫的课题。
(2)应削减水轮机输水系统的水头损失。实验讲明，万家寨电站水头损失较年夜，在水轮机导叶开度年夜情况下，水头损失在2～3m之间，而且水头损失随过机流量的增年夜而增加。下降电站水头损失的有用途径就是定期清扫进口拦污栅和尾水管出口淤积，同时在机组年夜修时检查处置流道的冲洗受损部门。电站宜尽早展开这些工作，以削减水头损失，提高机组发电潜力。
3 水轮机效率分析
3.1 万家寨水轮机运行负荷率的现状
近年来万家寨水电站各台机组的负荷情况整体较差，主要是由于：1、万家寨水电站是内蒙古西部电网的调峰电厂和山西电网的主潮水调整厂，要保证调峰和潮水质量就必然要求机组要有着很好的负荷跟踪能力，要随着网上负荷的波动实时调整出力，是以机组的运行工况波动频仍且变幅较年夜；2、万家寨水轮发机电组的负荷调理有着优秀的动态响应性,增减负荷迅速,是以电网一般会放置较多的旋转备用于水轮发机电组,造成机组深度调峰,常运行在低负荷、低效率区，据统计载至2002年8月25日，机组80MW以下运行小时占总运行小时的比率：1#～6#机划分为43.6、39.0、28.3、20.2、21.6、23.3，显然机组低负荷运行率偏高。
3.2 水轮机运行效率分析
万家寨水电站安装的是混流式水轮机，该机型相对其他机型而言，其特点是高效率较高，但效率变化较年夜，高效区狭窄，见万家寨5#水轮机的效率特征曲线（图二）,可较着看出:1、效率曲线较陡。在67.40m的工作水头下，水轮机出力46.71MW、166.68MW时的效率划分为70.26、95.17,效率差值达24.91。2、高效区较窄。在67.40m的工作水头下，水轮机在85MW以上的出力范围内运行效率基本在85以上，其中在105MW～180MW的出力区，水轮机效率在90以上，而在85MW出力以下水轮机效率则急骤下降。之所以显现上述特征，是由于混流式水轮机转轮叶片是按进口水流无撞击或略带正冲角、出口水流是法向或略带正环量设计的，叶片固定在上下环上，除优工况外其他工况均不能同时知足进出口水流的好要求。当水轮机偏离设计工况时，叶片进口有冲角、出口有旋转速度，使得水力损失增年夜，效率下降，且偏离设计工况越远，水力损失越年夜，效率越低，同时由于水轮机内部流态的破坏，发生压力脉动，致使机组的振动、摆度加重，影响机组的稳定运行，严重的会造成构件的委靡破坏，年夜年夜缩短水轮机寿命[1]。是以水轮机应尽量在设计工况下运行，不要偏离该工况太远，对万家寨水轮机来说，水头在60m以下时，机组单机负荷应不低于80MW；水头在60～68m时，机组单机负荷不低于100MW；水头在68m以上时，机组单机负荷不低于120MW，在上述较高的负荷区运行，水轮性能连结较高的效率，水能哄骗充实，能量特征较好。
4 竣事语
连结电站较高的水库运行水位和机组运行负荷率是水轮机经济运行的主要措施,也是水电站经济运行工作的重点，是以电站要增强与水库调剂部门、电力调剂部门的沟通与协调，做好两者的经济调剂工作，以使万家寨水库的水力资本终能够获得合理哄骗、高效哄骗。
[参考文献]
[1]中国水力发电工程：运行经管卷[M]．北京：中国电力出书社，2000．
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