浅谈电站水轮机优化的设计

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1低水头径流式电站的特点

1.1自然特点

当流量变化时，会引起下游水位的变化，水头也会发生相应的改变。举例来说，流量增加会使下游水位上升，引起水头减小；反之亦然。要想提高水能利用率，增加产能效益，就要选择低水头设计，避免出现在黄河中游低水头电站地区常发生的有水头无流量等现象。

1.2功率问题

汛期到来时，汛期前期的水流量逐渐增大，但仍达不到额定功率所需要的流量；汛期中期，水量增大带动流量的增加，功率达到额定功率标准后继续增大，在水头和流量达到某种和谐状态时，此时是最大动率；随着时间变化和水量的变化，水头降低速度大于流量增加速度，功率降低，达不到额定功率。

2低水头电站的设计特点

2.1机组功率不足

未考虑到电站水头带来的能量损耗与设备额定水头与发电量能达到的最高限度不能密切配合是影响水头是否正常工作的两个原因。

2.2统计方法问题

在选择电站装机容量的参数时，应选用概率计算方法来选择参数，而不是使用加权平均方法，这是因为低水头电站参数变化幅度不稳定造成的。世界上很多发达国家选择电站装机容量时考虑的是电站弃水流量参数，国内虽然不用这些方法，但是为了使电站可以以最大效率工作，必须综合考虑设备工作时各个参数，才能避免当前不利局面的发生。

3低水头径流式电站优化选型

3.1优化选型设计的任务

其任务是在项目的各个不同阶段确定设备参数，提前确定工作流程需要的完整设计内容。

3.2优化选型设计的原则

（1）遵守国家相关法律法规和国家规定的技术标准。

（2）全心全意为用户服务，满足用户需要。

（3）参数选择与电站实际情况相适合等原则。单方面的高参数不一定是最适合用户需要的，选择参数时必须考虑电站的实际环境和技术水平。

（4）经济合理。

（5）对在所有在技术水平上的可行性方案进行比较，采用最优方案。

3.3优化选型设计的步骤

每一项工程的设计都不是一步到位的，而是在具体工作阶段根据工作情况的具体进行研究讨论，逐步改善，最终确定设计方案。在水轮机参数的选择工作过程中，先根据以往的工作经验得出的数据进行参考并初步筛选确定，然后再结合工程具体实施步骤来确定最经济最优的选型参数。其步骤如下：

（1）初步采集原始数据资料，包括工程规模，地理环境条件，工程造价，投入运算等具体数据，进行筛选备后期使用。

（2）分析设计特性。

（3）据以往经验初选出需要的主要参数。

（4）初步拟定一个或几个可行性方案。

（5）与设备制造厂沟通，协商下一步具体工作计划。

（6）从多个备选方案中分析，征求多方面财务和技术意见，确定最优最经济技术方案。

4选型设计中参数优化界定

不能单方面一味重视设备的高参数，而应该结合电站实际建造情况考虑整体效益，几者综合，才能使参数优化后电站在经济效益上达到最大。

5结束语

寻求一种最优最大经济效益的优化设计，其中已有条件包括电站的施工环境，所处地理位置，河流的水量情况和其中砂石含量等等。对参数选择的过程应该注意如下：第一，首先对河流的流量和水质进行判断，区分是清水河流还是多砂石河流；第二，力争使各个参数的搭配能够产生最大的功率。对于一些地质水流条件较差的水电站，选用经过合理思考的低参数水轮机，使其能达到的最大功率，不盲目选择高参数但却不适合的水轮机；第三，按照国家最新技术标准来选择特征参数，改善设计方法，提高能效。总而言之，优化选型设计应该在遵守国家各项法律法规的基础上，满足用户方的想法和需求。除此之外，要结合南北方水量等方面差异来确定优化选型设计参数。黄河以北地区的水电站水量调节能力充足，而长江以南的水电站流量和水头变化幅度都较大，两者在选型设计参数上的考虑是完全不同的。本文通过对国内地区已建的低水头水电站工程水轮机的各项技术指标进行研究，意在寻求一些电站水轮机优选方面的经验，更好的指导今后的工作，能够使在建和待建的水电站工程从中获得一些可以借鉴的经验，在建设和生产的过程中少走一些弯路。

作者：张武单位：哈尔滨电机厂有限责任公司