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1浅谈低水头径流式电站装机容量确定陈长山丹东市水利勘测设计研究院118000摘要：丹东境内的电站以低水头径流式电站最多，而此类电站中引用流量较大的水轮机采用贯流式机组较适。文中通过工程实例，论述了此类电站装机容量选择的一种方法。1概述近年来，我国水电建设领域里一支异军突起的项目----低水头径流式水电站，正在蒸蒸日上，蓬勃发展。而卧式布置的贯流式水轮机具有显著的技术经济优势，是此类水电站的首选机型。与常规的立式轴流水轮机相比，可节省电站建设费用，而且运行稳定，提高年发电量。2低水头径流式电站确定装机应注意的问题2.1注意水头与流量的关系丹东地区的水电站绝大多数为径流式电站，上游水位基本不变，而下游水位受水电站流量控制，按电站下游的水位流量关系曲线变化。当电站流量增大时，下游水位抬高，即水头降低，出力有可能降低。因此欲多利用水量提高水头保证率，在机组选型过程中，必须降低额定水头，增大装机容量。2.2注意天然流量的限制径流式电站无调节库容，因而水头变幅较大，出力受天然流量限制，引用流量是水轮机选型的重要参数之一。径流式电站枯水期水头高，但流量小，出力受限制，发不出额定出力；在丰水期初始阶段，流量逐步增大，但水头降低，出力仍然受限制；当流量随来水量的增加而增大，其增大的速度大于水头减少的速度时，出力随之增加；当水头和流量组合到某种工况，出力达到最大值；此后，流量虽然增加，但由于水头降低速度快，使出力逐渐减少，致使出力再次受限制。2.3注意水头损失丹东地区境内的径流式电站的水头较低，按平均10m计算，而电站进水口的门槽、拦污栅、尾水槽等的局部损失按0.30m计算，占水头的3%，因此水轮机选型必须计入水头损失，否则水轮机无法发足额定容量，年发电量也达不到设计值。同时水轮机的额定水头与电站最大发电流量并没有同时出现。22.4采用概率计算方法由于径流式电站参数变化较大，不宜采用常规的加权平均方法计算，而应当按照各种参数出现的概率进行计算。在选择电站装机容量时，必须以发电水头和发电流量同时出现为前提。此外，在同样的条件下，低水头的水电站比中高水头水电站的水轮机的尺寸增加较多，机组单价提高，电站建设投资增大。因此选择大型灯泡机组是一条最佳途径。灯泡机组与轴流转桨机组相比，具有能量参数高，平面尺寸小、运行性能好等优点。3工程实例丹东境内爱河流域下游的三湾水利枢纽，是以城市供水为主，兼顾发电的综合性枢纽工程。根据供水要求确定水库的正常蓄水位为20.5m，电站为无调节径流式，水轮机拟采用灯泡式贯流水轮机。3.1工程概况三湾水利枢纽拦河坝以上控制面积5869km2，其上游建有梨树沟水文站，1957年观测至今，水文站控制面积5629km2。经还原计算，坝址处多年平均年径流量为32.30亿m3。根据统计电站运行的最大水头为12.33m，最小水头为6.78m，多年平均加权平均水头为11.08m。3.2下游水位流量关系曲线的建立三湾坝址与梨树沟水文站控制面积相差仅4.3%。在坝址下游150m处，设立水尺观测水位。根据观测的水位与同时梨树沟站的流量（按面积比的2/3次方求得坝址处的流量），建立下游水位流量关系曲线。成果见表3.2.1、图3.2.1。表3.2.1三湾坝下水位流量关系表水位（m）8.008.208.408.608.809.00流量(m3/s)3.96.810.715.822.632.1水位（m）9.209.409.609.8010.0010.20流量(m3/s)45.758.48.39107.80138.5177.20水位（m）10.4010.6010.8011.00流量(m3/s)226.20280.9345.1421.13图3.2.1三湾坝下水位流量关系曲线水位:(米)流量:(立米/秒）11.03002501501005020010.89.61010.48.89.28.008.43.3引用流量的确定将梨树沟水文平1957—1999年共43年的日平均流量按面积比至坝址处，按水能最优利用率法，将流量分级，确定引用流量。计算成果见表3.3.1。表3.3.1水能最优利用率计算表单位：M3/S、%利用流量可利用水量水量利用率设备运转时间设备利用率总利用率3026513318.5883856.310.424031946922.3798750.911.355036579125.5731646.611.906040616128.4676943.112.237044171330.8631040.212.398047355733.1591937.712.469050250335.1558335.612.4810052919537.0529233.712.4511055364838.7503332.012.3912057652640.3480430.612.3213059789041.8459929.312.2314061792243.2441428.112.1315063679344.5424527.012.0216065478445.7409226.111.9217067183046.9395225.211.8118068801548.0382224.311.6919070350449.1370323.611.5820071840650.2359222.911.47由上表可见引用流量在60～150m3/s之间较为合适，另外综合考虑弃水天数。拟定引用流量为140m3/s。43.4额定水头的确定根据选定的引用流量，即电站最大发电流量。按坝下水位流量关系曲线查得下游水位为10.00m，参照其它电站初估水头损失0.30m，则额定水头为20.5-10-0.3＝10.2m。贯流式水轮机的额定水头是指电站发足装机容量所需发电流量对应的上下游水位差并扣除损失后的水头，而不是机组发额定出力进的最小水头。3.5装机容量确定根据选定的引用流量和额定水头，考虑贯流式水轮机组效率较高，确定出力为N=8.5*140*10.2=12138kw，初步选定装机容量为12000kw。4结论（1）按年利用小时法检查：年利用小时数为2670小时，辽宁省小水电年利用小时数为2500～3500小时，因此按12000kw确定装机是合适的。（2）用电能累积曲线法检查：绘制出力保证率及电能累积曲线，如图4.1。装机容量选择在10000～15000之间是合适的。图4.15（3）国外在选定贯流式水轮机的引用流量时，通常采用弃水天数法。本工程引用流量取140m3/s，根据43年资料统计弃水天数为45天，出现小于140m3/s的累积频率为87.7%。分析丹东的汛期为6～9月，大洪水多发生在7月下旬到8月下旬，个别年份发生在6、9月。认为弃水天数45天均合适。（4）常规确定额定水头的方法为0.9倍的加权平均水头。本工程贯流式水轮机的额定水头10.2m，稍大于0.9倍的加权平均水头9.97m。（5）按上述方法确定的装机容量是合适的，在以后的工程设计中可以采用。作者简介：陈长山，男，1973年1月出生于吉林省蛟河市。1997年毕业于沈阳农业大学农田水利工程专业，毕业后一直在丹东市水利勘测设计研究从事水利工程规划设计工作。