1貫流式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢

貫流式水輪機(jī)的流道形式和軸流式水輪機(jī)不同，為保證向?qū)畽C(jī)構(gòu)均勻供水和形成必要的環(huán)量，保證導(dǎo)葉較平滑繞流，軸流式水輪機(jī)需設(shè)置蝸殼，其流道由蝸殼、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)和彎肘型尾水管組成。貫流式水輪機(jī)沒有蝸殼，流道由圓錐形導(dǎo)水機(jī)構(gòu)和直錐擴(kuò)散形或S型尾水管組成。通常采用臥軸式布置，從流道進(jìn)口到尾水管出口，水流沿軸向幾乎呈直線流動，避免了水流拐彎形成的流速分布不均導(dǎo)致的水流損失和流態(tài)變壞，水流平順，水力損失小，尾水管恢復(fù)性能好，水力效率高。燈泡貫流機(jī)組的發(fā)電機(jī)裝置在水輪機(jī)流道中的燈泡形殼體內(nèi)，采用直錐擴(kuò)散形尾水管，流道短而平直對稱，水流特性好。大型貫流機(jī)組幾乎都是燈泡機(jī)組，中小型多采用軸伸式、豎井式等形式。

貫流式水輪機(jī)單位過流量大，轉(zhuǎn)速高，水輪機(jī)效率高，且高效區(qū)寬，加權(quán)平均效率也較高，具有比軸流式水輪機(jī)更優(yōu)良的能量特性。其特征參數(shù)比轉(zhuǎn)速ns、可達(dá)1000以上，比速系數(shù)可達(dá)3000以上。與軸流式水輪機(jī)相比，在相同水頭和相同單機(jī)容量時，其機(jī)組尺寸小，重量輕，材料消耗少，機(jī)組造價低。貫流機(jī)組電站還可獲得年發(fā)電量的增加。

貫流式水輪機(jī)的空化性能和運(yùn)行穩(wěn)定性也優(yōu)于軸流式水輪機(jī)，其空化系數(shù)相對較小，機(jī)組可靠性高，運(yùn)行故障率低，可用率高，檢修時間縮短，檢修周期延長。對于低水頭資源開發(fā)，貫流式水輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行范圍寬，在極低水頭時也能穩(wěn)定運(yùn)行(如超低水頭1.5m以下)，是其他類型的水輪機(jī)不可比的。如廣東白垢電站，額定水頭6.2m，最大水頭10.0m，但在1.3m水頭時仍能穩(wěn)定運(yùn)行。

貫流式水輪發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊，布置簡潔，廠房土建工程量較小，可節(jié)省土建投資。貫流機(jī)組設(shè)備運(yùn)輸和安裝重量較輕，施工和設(shè)備安裝方便，可縮短工期，實(shí)現(xiàn)提前發(fā)電。根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)水電站的統(tǒng)計(jì)資料，采用燈泡貫流機(jī)組比相同容量軸流轉(zhuǎn)槳機(jī)組，電站建設(shè)投資一般可節(jié)省10%～25%，年發(fā)電量可增加約3%～5%。如我國廣東白垢和廣西馬騮灘水電站，投資節(jié)省分別達(dá)22.6%和24%。小型水電站采用軸伸貫流機(jī)組與立式軸流機(jī)組比較，也可節(jié)省建設(shè)投資約10%～20%。由此可見，貫流式水輪機(jī)是開發(fā)低水頭水能資源的一種最經(jīng)濟(jì)、適宜的水輪機(jī)形式，具有資源利用充分、投資節(jié)省的優(yōu)勢和電量增值、綜合效益增值的效果。

2國內(nèi)外貫流式水輪機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀

摘要:本文結(jié)合某大型高水頭混流式水輪機(jī)的參數(shù)以及實(shí)際運(yùn)行情況，依托對轉(zhuǎn)輪、活動導(dǎo)葉的優(yōu)化設(shè)計(jì)，完成了該水輪機(jī)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上，使用模擬運(yùn)行與試驗(yàn)的方式分析了優(yōu)化結(jié)果，證實(shí)了該優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的有效性。

關(guān)鍵詞:高水頭;混流式水輪機(jī);穩(wěn)定性

在我國當(dāng)前的水力發(fā)電中，混流式水輪機(jī)的使用范圍更廣，同時，為了更好滿足人們實(shí)際的用電需求，混流式水輪機(jī)不斷向著水頭與單機(jī)容量擴(kuò)大的方向發(fā)展。在這樣的情況下，水力發(fā)電站更加傾向于使用大型高水頭混流式水輪機(jī)，為了確保實(shí)際生產(chǎn)的安全，對這種水輪機(jī)進(jìn)行穩(wěn)定性方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)極為必要。

一、某大型高水頭混流式水輪機(jī)的情況概述

某水力利發(fā)電站使用的大型高水頭混流式水輪機(jī)的單機(jī)容量達(dá)到600兆瓦，總裝機(jī)容量在4800兆瓦，保證出力1972兆瓦。其中，應(yīng)用的大型高水頭混流式水輪機(jī)主要參數(shù)如下:額定水頭為288米、設(shè)計(jì)水頭為295米、額定轉(zhuǎn)速為每分鐘166．7轉(zhuǎn)、額定出力為610兆瓦、額定流量為每秒鐘228．6立方米、模型最高效率不低于94%、比轉(zhuǎn)速為109．72m•kW、轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)為長葉片15個與短葉片15個。依托對主要參數(shù)的分析能夠看出，該大型高水頭混流式水輪機(jī)使用了相對穩(wěn)妥的設(shè)計(jì)，有著較高的空化性能。對該大型高水頭混流式水輪機(jī)展開模型驗(yàn)收，結(jié)果顯示該水輪機(jī)的各項(xiàng)水力性能均達(dá)到預(yù)期，且運(yùn)行中不存在破壞性強(qiáng)的渦帶。為了進(jìn)一步提升本水力發(fā)電站機(jī)組運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性，筆者對相應(yīng)大型高水頭混流式水輪機(jī)展開了穩(wěn)定性方面的設(shè)計(jì)優(yōu)化。

二、大型高水頭混流式水輪機(jī)穩(wěn)定性優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)踐

電站額定水頭是水輪機(jī)發(fā)出額定功率所需要的最小水頭。對于單級混流可逆式水泵水輪機(jī)組，由于自身的特點(diǎn)，額定水頭選擇與常規(guī)電站有較大的區(qū)別，不僅僅是考慮電站設(shè)計(jì)保證率問題。單級混流可逆式水泵水輪機(jī)組額定水頭的選擇要從有利于機(jī)組運(yùn)行、電力系統(tǒng)對電站運(yùn)行方式的要求、水庫運(yùn)行方式及綜合利用要求、電站的經(jīng)濟(jì)性等因素綜合考慮確定。

1從電站實(shí)際運(yùn)行情況考慮額定水頭1.1根據(jù)電站能量指標(biāo)確定額定水頭

在電力系統(tǒng)中，為滿足供電質(zhì)量的要求，電量必須是平衡的。這也就要求有一部分機(jī)組必須擔(dān)任調(diào)峰任務(wù)，至使這些機(jī)組的利用小時數(shù)只能達(dá)到1000～2000h。根據(jù)胡振鵬等同志以JX電網(wǎng)為例，分析不同裝機(jī)利用小時與上網(wǎng)電價關(guān)系可以說明，當(dāng)日利用小時小于6.5h時，抽水蓄能機(jī)組上網(wǎng)電價才比燃煤火電低，日本的池田洋一先生在對抽水蓄能電站、燃汽輪機(jī)組電站與燃煤火電站等的運(yùn)行成本與裝機(jī)利用小時數(shù)進(jìn)行分析后，也得出同樣的規(guī)律。從經(jīng)濟(jì)角度講，蓄能電站的運(yùn)行時間不可能很長，主要擔(dān)任峰荷。根據(jù)國外蓄能電站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來看，蓄能電站主要是以事故備用、調(diào)峰、填谷為主，一般情況下，電站實(shí)際的年利用小時數(shù)在800～1000h左右，有的甚至?xí)?。蓄能電站?shí)際運(yùn)行小時數(shù)遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)值，國內(nèi)投產(chǎn)的電站也是如此。如廣蓄一期設(shè)計(jì)利用小時數(shù)為1983h，而實(shí)際利用小時數(shù)僅有1000h左右，十三陵抽水蓄能電站設(shè)計(jì)利用小時數(shù)為1558h，而實(shí)際利用小時數(shù)僅有900h。在單級混流可逆式水泵水輪機(jī)組額定水頭方案選擇時，可以以在上水庫滿庫條件下，機(jī)組滿負(fù)荷發(fā)電3h容量不受阻為原則確定額定水頭，作為比較方案之一。

1.2根據(jù)水庫運(yùn)行方式確定額定水頭

在抽水電量有保證的前提下，電站出力的保證主要取決于電站水頭的變化狀況。機(jī)組的額定水頭如能接近或等于電站最小水頭，在機(jī)組位于低水頭范圍內(nèi)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行的條件下，電站保證出力為機(jī)組額定功率。對于單機(jī)混流可逆式水泵水輪機(jī)組，由于其本身特點(diǎn)，額定水頭往往比最小水頭高，在進(jìn)行額定水頭選擇時，應(yīng)根據(jù)電站所在電網(wǎng)水電比重、電站在電力系統(tǒng)的作用，以及電站運(yùn)行方式和庫容條件等，綜合確定電站的額定水頭。

從我國已投入運(yùn)行的十三陵抽水蓄能電站、廣州抽水蓄能電站、天荒坪抽水蓄能電主站運(yùn)行情況分析，上水庫降至死水位的機(jī)率是很小的。從十三陵抽水蓄能電站99年4月至2000年6月上水庫運(yùn)行水位統(tǒng)計(jì)，上水庫無一天降至死水位，最低水位降至533.3m，距死水位531m還有2.3m，上水庫運(yùn)行水位在平均水位548.5m以上的天數(shù)占統(tǒng)計(jì)總天數(shù)的79.7%。在進(jìn)行單級混流可逆式水泵水輪機(jī)組額定水頭選擇時，可把上水庫平均水位對應(yīng)的水頭作為一個比較方案。

1貫流式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢

貫流式水輪機(jī)的流道形式和軸流式水輪機(jī)不同，為保證向?qū)畽C(jī)構(gòu)均勻供水和形成必要的環(huán)量，保證導(dǎo)葉較平滑繞流，軸流式水輪機(jī)需設(shè)置蝸殼，其流道由蝸殼、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)和彎肘型尾水管組成。貫流式水輪機(jī)沒有蝸殼，流道由圓錐形導(dǎo)水機(jī)構(gòu)和直錐擴(kuò)散形或S型尾水管組成。通常采用臥軸式布置，從流道進(jìn)口到尾水管出口，水流沿軸向幾乎呈直線流動，避免了水流拐彎形成的流速分布不均導(dǎo)致的水流損失和流態(tài)變壞，水流平順，水力損失小，尾水管恢復(fù)性能好，水力效率高。燈泡貫流機(jī)組的發(fā)電機(jī)裝置在水輪機(jī)流道中的燈泡形殼體內(nèi)，采用直錐擴(kuò)散形尾水管，流道短而平直對稱，水流特性好。大型貫流機(jī)組幾乎都是燈泡機(jī)組，中小型多采用軸伸式、豎井式等形式。

貫流式水輪機(jī)單位過流量大，轉(zhuǎn)速高，水輪機(jī)效率高，且高效區(qū)寬，加權(quán)平均效率也較高，具有比軸流式水輪機(jī)更優(yōu)良的能量特性。其特征參數(shù)比轉(zhuǎn)速ns、可達(dá)1000以上，比速系數(shù)可達(dá)3000以上。與軸流式水輪機(jī)相比，在相同水頭和相同單機(jī)容量時，其機(jī)組尺寸小，重量輕，材料消耗少，機(jī)組造價低。貫流機(jī)組電站還可獲得年發(fā)電量的增加。

貫流式水輪機(jī)的空化性能和運(yùn)行穩(wěn)定性也優(yōu)于軸流式水輪機(jī)，其空化系數(shù)相對較小，機(jī)組可靠性高，運(yùn)行故障率低，可用率高，檢修時間縮短，檢修周期延長。對于低水頭資源開發(fā)，貫流式水輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行范圍寬，在極低水頭時也能穩(wěn)定運(yùn)行(如超低水頭1.5m以下)，是其他類型的水輪機(jī)不可比的。如廣東白垢電站，額定水頭6.2m，最大水頭10.0m，但在1.3m水頭時仍能穩(wěn)定運(yùn)行。

貫流式水輪發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊，布置簡潔，廠房土建工程量較小，可節(jié)省土建投資。貫流機(jī)組設(shè)備運(yùn)輸和安裝重量較輕，施工和設(shè)備安裝方便，可縮短工期，實(shí)現(xiàn)提前發(fā)電。根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)水電站的統(tǒng)計(jì)資料，采用燈泡貫流機(jī)組比相同容量軸流轉(zhuǎn)槳機(jī)組，電站建設(shè)投資一般可節(jié)省10%～25%，年發(fā)電量可增加約3%～5%。如我國廣東白垢和廣西馬騮灘水電站，投資節(jié)省分別達(dá)22.6%和24%。小型水電站采用軸伸貫流機(jī)組與立式軸流機(jī)組比較，也可節(jié)省建設(shè)投資約10%～20%。由此可見，貫流式水輪機(jī)是開發(fā)低水頭水能資源的一種最經(jīng)濟(jì)、適宜的水輪機(jī)形式，具有資源利用充分、投資節(jié)省的優(yōu)勢和電量增值、綜合效益增值的效果。

2國內(nèi)外貫流式水輪機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀

一、我國調(diào)速器產(chǎn)品發(fā)展回顧

解放初期，我國水輪機(jī)調(diào)速器事業(yè)一片空白，幾乎從零開始，大部分產(chǎn)品從蘇聯(lián)購買，少量制造亦是照搬蘇聯(lián)圖紙生產(chǎn)。50～60年代，我國水輪機(jī)調(diào)速器大部分系機(jī)械液壓型調(diào)速器。在""年代，當(dāng)時的水利水電科學(xué)研究院、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、哈爾濱電機(jī)廠等單位曾聯(lián)合研制了我國第一臺電子管電液調(diào)速器，并安裝在廣東從化流溪河水電站運(yùn)行了一段時間。60年代初，當(dāng)時的水利水電科學(xué)研究院、天津電氣傳動設(shè)計(jì)研究所、長江流域規(guī)劃辦公室等單位聯(lián)合研制了我國第一臺晶體管電液調(diào)速器，并在湖北陸水試驗(yàn)電站運(yùn)行了相當(dāng)長一段時間。70年代至80年代初，新建的大中型水電站較多地采用了電子管、晶體管或小規(guī)模集成電路電液調(diào)速器，一些小型水電站也少量采用了電液調(diào)速器，此階段可算是機(jī)械液壓調(diào)速器與電氣液壓調(diào)速器并重。但電氣液壓調(diào)速器由于所選用的主要電子元件/組件質(zhì)量不過關(guān)，其長期使用的可靠性普遍較低。

我國水輪機(jī)調(diào)速器的快速發(fā)展是從80年代初開始的，由于改革開放和科技進(jìn)步，國內(nèi)有關(guān)科研單位、高等院校及制造部門為提高調(diào)速器的運(yùn)行可靠性與調(diào)節(jié)品質(zhì)，開始研制微機(jī)調(diào)速器。華中科技大學(xué)、電力自動化研究院（能源部南京自動化所）、天津電氣傳動設(shè)計(jì)研究所、中國水利水電科學(xué)研究院、長江流域規(guī)劃辦公室等單位相繼開展了以微處理器為核心的電液調(diào)速器的研制。

華中科技大學(xué)自1981年底開始研制適應(yīng)式變參數(shù)并聯(lián)PID微機(jī)調(diào)節(jié)器，1984年11月在湖南歐陽海水電廠投入運(yùn)行。1989年與天津傳動設(shè)計(jì)研究所、湖南水科所、武漢水電控制設(shè)備公司及天津水電控制設(shè)備廠共同研制的WT-S雙微機(jī)調(diào)速器通過產(chǎn)品鑒定，并投入小批量生產(chǎn)，微機(jī)調(diào)節(jié)器以Z-80單板機(jī)為硬件核心，兩臺微機(jī)配以相同功能的測頻、CPU、D/A及A/D模塊，雙微機(jī)互為備用，采用適應(yīng)式變參數(shù)PID調(diào)節(jié)模式，較好地滿足了電站運(yùn)行要求，但與外國產(chǎn)品相比，因我國基礎(chǔ)工業(yè)水平的制約，整機(jī)硬件可靠性較低，性能一致性與長期運(yùn)行的穩(wěn)定性難以保證。

90年代以來，隨著可編程控制器（PLC）技術(shù)的不斷完善，各單位相繼開展了將可編程控制器應(yīng)用到調(diào)速器中的研究工作。華中科技大學(xué)分別與有關(guān)單位合作開發(fā)不同品牌的PLC微機(jī)調(diào)節(jié)器，首臺調(diào)節(jié)器于1993年5月在歐陽海水電廠投入運(yùn)行。目前，PLC型電液調(diào)速器已成為我國微機(jī)電液調(diào)速器的主導(dǎo)產(chǎn)品。

此外，華中科技大學(xué)還分別與哈爾濱電機(jī)廠、東方電機(jī)廠等單位合作研制出以8086、8096CPU為核心，采用STD總線結(jié)構(gòu)和MIC-2000工控機(jī)型雙微機(jī)調(diào)速器，成功地在巖灘、寶珠寺等水電廠投入運(yùn)行。電力自動化研究院在繼承ST-700系列微機(jī)調(diào)速器的雙微機(jī)雙通道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，研制了基于MC68322微機(jī)的水輪機(jī)調(diào)速器。

摘要：本文根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合國內(nèi)外機(jī)組相關(guān)資料，闡述水輪機(jī)主要焊接部件結(jié)構(gòu)變形的主要種類，介紹焊接變形的火焰矯形的施工方法。

關(guān)鍵詞：水輪機(jī)；火焰矯形；焊接變形

目前，大型水輪機(jī)部件已經(jīng)大量的采用焊接結(jié)構(gòu)。而水輪機(jī)主要焊接部件是由座環(huán)、頂蓋、底環(huán)等部件組成。這些構(gòu)件在制作過程中都存在焊接變形問題，如果焊接變形不予以矯正，則不僅影響結(jié)構(gòu)整體安裝，還會降低工程的安全可靠性。

焊接水輪機(jī)部件產(chǎn)生的變形超過技術(shù)設(shè)計(jì)允許變形范圍，應(yīng)設(shè)法進(jìn)行矯正，使其達(dá)到符合產(chǎn)品質(zhì)量要求。實(shí)踐證明，多數(shù)變形的構(gòu)件是可以矯正的。矯正的方法都是設(shè)法造成新的變形來達(dá)到抵消已經(jīng)發(fā)生的變形。

在生產(chǎn)過程中普遍應(yīng)用的矯正方法，主要有機(jī)械矯正、火焰矯正和綜合矯正。但火焰矯正是一門較難操作的工作，方法掌握、溫度控制不當(dāng)還會造成構(gòu)件新的更大變形。因此，火焰矯正要有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本文對水輪機(jī)部件焊接變形的種類、矯正方法作了一個粗略的分析。

一、水輪機(jī)部件焊接變形的種類與火焰矯正

1前言

葛洲壩水利樞紐是1970年代在長江干流上興建的第一座集航運(yùn)、發(fā)電、防洪于一體的綜合性大型水利樞紐工程，葛洲壩水電站是樞紐的主要組成部分，是三峽水電站的反調(diào)節(jié)電站，設(shè)計(jì)裝機(jī)21臺，總裝機(jī)容量2715MW。從1981年工程開始發(fā)揮效益以來，機(jī)組已實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行23年。

電站年平均流量14300m3/s,年平均水量4529億m3，最小入庫流量2900m3/s,多年平均含沙量為1.2kg/m3,最大含沙量10.5kg/m3,年輸沙量5.26億噸，總庫容15.7億m3。大江電站裝機(jī)14臺，裝機(jī)容量1750MW；二江電站裝機(jī)7臺，裝機(jī)容量965MW，分別由原哈爾濱電機(jī)廠與東方電機(jī)廠設(shè)計(jì)、制造,其水輪機(jī)技術(shù)參數(shù)如表1：

葛洲壩樞紐大壩的壩軸線中部布置泄水閘,兩測是大江和二江電站,電站的兩外側(cè)為大江和二江船閘。由于葛洲壩電站位于南津關(guān)彎道的下段，在彎道環(huán)流作用下，泥沙產(chǎn)生橫向位移，底層含沙量大、粒徑粗的泥沙向凸岸右側(cè)運(yùn)動，表層清水向凹岸二江一側(cè)運(yùn)動，過機(jī)泥沙粒徑大小的分布與過機(jī)泥沙含量的分布成正比，愈靠右岸的機(jī)組，過流部件的磨蝕愈嚴(yán)重，過機(jī)含沙量和粒徑分布規(guī)律是:二江小而細(xì),大江大而粗,二江電站的含沙量為斷面(宜昌)平均值的0.94~0.98倍,18#為1.37倍,21#為1.6倍。過機(jī)泥沙粒徑18#為二江的1.2~2.0倍,21#為1.2~2.9倍。最大粒徑達(dá)0.62mm，單機(jī)年過沙量在1500萬噸左右。為了提高水輪機(jī)過流部件的抗氣蝕性能和抗磨損能力，葉片材料采用0Cr13Ni4-6Mo不銹鋼鑄造，中環(huán)采用不銹鋼材料，8#~21#機(jī)下環(huán)還增設(shè)900mm的不銹鋼段。

2過流部件的磨蝕情況

葛洲壩電廠水輪機(jī)的磨蝕與國內(nèi)多泥沙河流水電廠同類機(jī)組具有共同的特點(diǎn)，即含沙量愈大，硬度愈硬，沙粒愈粗,運(yùn)行時間愈長，磨蝕愈嚴(yán)重。過流部件的磨蝕是泥沙磨損和空蝕聯(lián)合作用的結(jié)果，具體情況如下：

萬家寨水利樞紐位于黃河北干流托克托至龍口河段的峽谷內(nèi)，左岸隸屬山西省偏關(guān)縣，右岸隸屬內(nèi)蒙古自治區(qū)準(zhǔn)格爾旗。樞紐電站裝有6臺單機(jī)容量為180MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為1080MW，年發(fā)電量為27．5億kW?h，年利用小時數(shù)2456h。電站最大毛水頭81．5m，最小毛水頭51．3m，加權(quán)平均水頭69．3m。

萬家寨水電廠首臺機(jī)組于1998年11月28日并網(wǎng)發(fā)電，最后一臺機(jī)組于2000年12月8日并網(wǎng)發(fā)電。

一、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪

萬家寨水電廠＃1～＃4水輪機(jī)由天津阿爾斯通水電設(shè)備有限公司制造，＃5、＃6水輪機(jī)由上海?？扑娫O(shè)備有限公司制造。轉(zhuǎn)輪性能如下：

1．能量指標(biāo)

水輪機(jī)能量指標(biāo)參數(shù)見表1。

河北省小水電站基本分兩種類型：一類為原有水利工程配套而建設(shè)的壩后式電站和灌渠上的電站；第二類是河道引水式電站。第一類電站水質(zhì)好、水流清澈；第二類引水式電站存在水質(zhì)差、雜物多、泥沙含量大等問題。加上近年來生態(tài)環(huán)境惡化，水土流失加劇及建設(shè)初期考慮泥沙磨蝕問題不夠充分，所以引水式電站水輪機(jī)泥沙磨蝕問題愈演愈烈。這個嚴(yán)重的問題就擺在了我們面前。

1河北省引水式電站磨蝕現(xiàn)狀

1.1引水式電站分布情況

河北省水利系統(tǒng)單機(jī)500kW及以上電站51座，水輪發(fā)電機(jī)組總臺數(shù)130臺，裝機(jī)161.862MW，2000年發(fā)電量20.844GWh，其中河道引水式電站26座，占50.9%，水輪發(fā)電機(jī)組總臺數(shù)70臺，占53.8%，總裝機(jī)60.202MW，占37%，2000年發(fā)電量114.80GWh，占55%。分布在漳河、滹沱河、唐河、沙河、拒馬河、潮白河、灤河干流及主要支流上。

這些電站所處河流均是河北省挾帶泥沙較嚴(yán)重的河流，如漳河多年平均輸沙量為2580萬噸，唐河多年平均輸沙量為180萬噸，這些河流上的水電站無一例外地存在著水輪機(jī)磨蝕問題。

隨著小水電建設(shè)步伐的加快，全省500kW及以上電站中引水式電站所占比例越來越大，見表1。

摘要：在介紹LONWORKS現(xiàn)場總線技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種基于LONWORKS現(xiàn)場總線水輪機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)對運(yùn)行中水輪機(jī)組的各種參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測，為綜合評估機(jī)組的狀態(tài)、分配機(jī)組故障隱患、實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修提供良好的基礎(chǔ)。給出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖和主要硬件的設(shè)計(jì)、報(bào)文傳輸協(xié)議和系統(tǒng)通信軟件的設(shè)計(jì)以及故障診斷的實(shí)例。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測LONWORKS神經(jīng)元芯片

水電機(jī)組是電力網(wǎng)絡(luò)中的重要元件，保證大型水電機(jī)組的正常運(yùn)行，對其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)故障征兆，做到“事前檢修”是工程界夢寐以求的理想，也是大型電站機(jī)組檢修的發(fā)展方向。實(shí)時狀態(tài)監(jiān)測可以減少機(jī)組停機(jī)時間，提高利用率。

這里所說的狀態(tài)監(jiān)測實(shí)際上是對水輪機(jī)組眾多參數(shù)進(jìn)行的實(shí)時在線監(jiān)測。水輪機(jī)組的參數(shù)較多，為了分析方便，對部分參數(shù)還需要進(jìn)行高速采樣。這樣，一個監(jiān)測系統(tǒng)通常要由分布在不同現(xiàn)場位置的多個采集節(jié)點(diǎn)組成。各節(jié)點(diǎn)將大量的采集數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)，由上位機(jī)從多角度評估機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。采用全數(shù)字化通信的現(xiàn)場總線整合整個監(jiān)測系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)徹底的分散控制，抵抗各種干擾因素，簡化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。于是，本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種基于LONWORKS現(xiàn)場總線的水輪機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。

1LONWORKS現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)

LONWORKS總線是美國Echelon公司推出的一種現(xiàn)場總線技術(shù)。具有開放性、高速性和互操作性；采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，使網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計(jì)簡化為參數(shù)設(shè)置，降低了開發(fā)難度；支持多種傳輸介質(zhì)，網(wǎng)絡(luò)容量可達(dá)32000個節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)通信速率可達(dá)1.25Mbps/130m，直接通信距離可達(dá)2700m/78kbps；其網(wǎng)絡(luò)采取了配置1500V直流隔離變壓器進(jìn)行隔離等適合于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的措施，具有很強(qiáng)的抗干擾、抗振動能力，適合于水電廠等較惡劣的工業(yè)環(huán)境。