山区径流引水式电站设计体会

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；过水通道中，优选采用闸阀；按照规范和电站上游植被情况设计结构合理的拦污栅。这些措施均有利于减少水头的局部损失。
5 正确选择与发电机容量相匹配的励磁系统
小型水电站同步发电机多数采用半导体励磁装置，500kW以下低压机组普遍采用可控硅双绕组分流，相复励半导体，三次谐波半导体励磁形式。这类机组在独立运行时，具有起励迅速、设备简单、自动恒压等优点，但与电网并列运行时暴露出励磁特性不适应；特别是当网电压偏高，产生无功负荷与有功负荷分配不稳，机组容易发生振荡，而被迫减少有功功率输出，无功又发不足，降低电站经济效益。为此，对于装机为200～500kW的发电机宜优先采用他励的励磁方式，采用可控硅励磁屏替代相复励系统。
综上所述，在山区径流引水式电站设计中，按水能最优利用率确定小型引水式径流并网电站最终装机；尽量选用新型高效的适宜山区的水轮机；增设阶梯蓄水槽，扩大前池库容；挖潜发电水头和配套合适的发电机励磁系统，以提高径流引水式电站经济效益。