山区径流引水式电站设计的几点体会

电力18讯：    [摘  要]　径流引水式电站受开发形式限制缺乏调蓄能力，运行中受电网的约束，常常造成水能利用率低，电站经济效益受到影响。在电站设计阶段正确确定电站装机容量，合理选择水轮发电机组，增设蓄水槽扩大前池容量，挖潜电站有效水头，配套合适的发电机励磁系统，有利于径流引水式电站提高水能利用率，增加电站经济效益。


[关键词]　引水式水电站设计  水能利用  水电站运行  经济效益


武宁县地处赣西北，境内山高路陡，水能蕴藏量达14.66万kW，可开发量8.91万kW，已开发5.325万kW。现建电站85座，其中78座属小型径流引水式电站，这些电站的运行既受到上游来水量的制约，又受到电力调度的约束。丰水或电网限电时，电站只得弃水、浪费水能；枯水或电网拉闸时，电站只能少发或不能发电，严重影响到小型径流电站的经济效益。针对径流引水电站的运行特点，结合多年小型电站设计经验，对小型径流式引水式电站设计谈几点体会。


1   电站装机容量的确定


径流式电站设计要按水能最大利用率合理确定电站装机容量，有2种根据：一种是根据多年平均典型年日平均流量设计保证率下的最大工作容量，再加备用容量和季节容量及机组供货情况确定；另一种是以多年月平均流量系列计算的设计流量作为确定电站最终装机容量。这2种确定电站装机容量的方法，对于并网电站来说，前一种方法，往往会使电站装机容量偏小，导致装机利用小时数偏高，出现弃水过多，使水能利用率降低；后一种方法确定电站装机容量，能提高径流引水式电站水能利用率，特别是可有效地利用汛期弃水电能。为此，对径流引水并网电站最好采用第2种方法确定电站装机容量。


2   合理选择水轮发电机组


水轮发电机组是水电站的主要机电设备。机组选型设计的正确与否，直接关系到电站的造价、出力以及投产后的运行优劣等。按照以往的情况，对农村小型径流式电站(单机容量小于500kW的电站)，设计者往往只是根据水能计算所提供的电站设计水头及单机引用流量2项参数，在水轮机生产厂家所提供的产品目录上选定水轮机的规格型号，然后按照产品目录上提供的水轮机转速、出力等配套发电机。用这种方法选定的水轮发电机组，往往会造成电站的投资增大，投产后机组长期处于非高效区运行、偏高设计工况大、机组效率降低、气蚀增大等不良后果。为了尽量减少上述不利因素的出现，在小型径流式机组选型设计上应重点考虑下列
几个方面：


1)水轮机机型


根据各种机型在不同的工况下，效率及稳定性有较大区别的运行特点，选择适合电站相关条件的机型，有利于提高机组的运行效率和运行的稳定性。比如，XJ型机组，运行效率较好，但价格较贵；CJ型机组，在枯水期出力小于50％以下，运行仍稳定，无明显气蚀，最高效率可达69％左右；SJ型机组，适应水头10～55m，流量0.5～0.7m3／s，出力22～320kW的电站，这种机型效率高，即使在10％的流量下，也能充分运转，很适合流量变化大的径流式电站。


2)径流电站设计水头


对径流引水式电站，设计水头宜采用电站加权平均水头，尽量保证水轮机额定水头与实际水头相符。


3)引用流量


经水文计算，选取一定保证率下的设计流量作为机组的额定流量，对于径流式电站宜采用多年月平均流量系列计算设计流量。


4)做好机组出力的核验工作


在电站选型设计中必须依据设计水头、单机引用流量等参数，对初选的水轮机转速、转轮直径根据综合特性曲线，作出水轮机运行特性曲线，进行效率、出力、机型等方面的核验工作，最后择优而用。根据所选定的水轮机出力、转速和装置形式、发电机效率等配套发电机。


3   增大前池库容，提高电站的调节能力


径流式电站对上游来水量调节能力差，梅汛期水量过甚或电网限电，电站只得弃水；建立日调节池可提高机组出力和效率，增加年利用小时数。在电站设计阶段，要充分考虑利用电站的地理位置，一方面尽可能扩大前池容量和扩大前池入口段渠道断面；另一方面充分利用渠道两侧阶地作蓄水槽，水位高时入槽蓄水，水位低时，出槽发电，从而尽量提高电站的调节能力。


4   采取有效措施，增大电站运行水头
  
1)引水渠道采用“U”型防渗断面，减少糙率，以便减少渠道坡降，从而增大电站水头。
  
2)清除、疏通电站尾水河床障碍物，保证尾水出流顺畅，达到降低尾水位、增大电站运行水头的效果，这种措施有利于抢洪发电。
  
3)采取技术措施尽量减少水头的沿程损失和局部损失。在设计中前池至水轮机的压力管径，一般按流速3～5m／s选取管径，以减少水头沿程损失；前池处优先采用虹吸式进水或压力管进口采用圆弧进口；<