高 磊，田志明

(1.黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080;2.穆棱市水利勘测设计队，黑龙江依兰 157500)

对依兰航电枢纽水轮机组安装高程的分析

高 磊1，田志明2

(1.黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080;2.穆棱市水利勘测设计队，黑龙江依兰 157500)

以依兰航电枢纽为例，对灯泡贯流式水轮机的安装高程选取进行分析，讨论确定低水头径流式电站，尤其是灯泡贯流式水轮机安装高程选取过程中所考虑的因素及方法。

河床式电站;灯泡贯流式机组;吸出高度;安装高程;尾水位;空蚀

1 项目概述

依兰航电枢纽位于依兰县境内，松花江干流牡丹江汇合口上游700 m处，地处依兰县界，坝址下距依兰县城2.5 km，上距哈尔滨市330 km(航道距离)。

水电站为河床式，电站厂房布置在左岸主河槽内，右侧与泄洪闸相接，左侧连接土坝。水电站建筑物主要由引水渠、进水口、交通桥、电站厂房、尾水平台及尾水渠等组成。厂房内安装8台单机容量为15 MW的贯流式水轮发电机组，总装机容量为120 MW。单机引用流量265.85 m3/s。

各出力情况下对应下游尾水位见表1。

表1 各出力情况下游尾水位对照表

2 水轮机组吸出高度Hs值的计算及确定

灯泡式贯流式水轮机叶片的空化系数随时间的变化而变化，因此对灯泡式水轮机的空化系数进行取值时，要弄清由它计算出的Hs值是相对于下游尾水位到机组主轴中心线还是到主轴中心线上方叶轮的D1/4处，本项目按主轴中心线处计算。不同制造厂家对气蚀安全余度及空化系数的安全系数取值也各有不同。

根据公式Hs≤10-▽/900-KσHr计算转轮叶片顶点处的Hs。式中，电站海拔高程为92 m;K为转轮叶片顶点处的安全系数，参考多数电站及设计资料取值为1.05;σ为模型转轮叶片顶点处的临界空化系数，查取转轮模型综合特性曲线设计工况点处σ值为2.6，设计水头Hr为6.4 m，经计算水轮机吸出高度Hs≤-7.57 m。

3 下游水位的选取

计算灯泡式贯流机组的安装高程时，可以选用电站额定出力下的水轮机流量对应的下游尾水位，而不是像过去那样按《水电站机电设计手册))(水力机械)计算公式，用1台机或半台机额定出力时相应的下游水位作为计算标准。

安装高程在不同台数机组额定出力下计算时，由于不同情况对应的下游尾水位不同，因此机组对应的发电水头也不同，相应的运行工况也不同。额定出力的机组台数越少，对应的下游尾水位越低，水轮发电机组的发电水头就越高，也就越接近最优运行工况，此时空化系数也就越小，因此在这种工况下计算出的机组安装高程是最低的。

依兰航电枢纽位于依兰水文站上游约2.5 km，依兰水文站断面现状水平年P=95%日保证率通航期流量为733 m3/s，到近期水平年2020年，通航期P=95%的通航流量减小为682 m3/s，远期水平年P=95%日保证率的流量为620 m3/s。牡丹江由依兰枢纽下坝址下游700 m处汇入松花江干流，不但对下游航运有一定影响，且其回水对坝下水位也有一定影响。依兰航电枢纽坝址多年平均径流量为528×108m3。兼顾电站运行情况和下游通航要求，本电站选用2台机组满发时下泄流量所对应的尾水位，2台机发电(Q=531.70 m3/s)尾水位为89.77 m。

4 水轮机安装高程的确定

水轮发电机组的安装高程对电站高效稳定运行的影响十分重大。若机组安装高程选取合理，既能节约电站建设期间的土建投资，又能满足水轮发电机组长期高效安全稳定的运行;反之，水轮机组叶轮会发生严重空蚀，机组振动加剧，更严重者甚至不能运行。

在《水轮机基本技术条件》GB/T15468术语中，水轮机组的吸出高度定义为：水轮机规定的基准面至设计尾水位的高度;设计尾水位系确定水轮机安装高程所用的尾水管出口断面处出现的水位;安装高程定义为水轮机基准点的海拔高程，卧轴水轮机的基准点为主轴中心高程。

本工程安装高程即▽安=H下+Hs=89.77+(-7.57)=82.20 m。

5 需特别注意的问题

5.1 尾水管出口淹没深度的复核

对于灯泡贯流式机组，在计算选定安装高程之前，必须要保证机组尾水管出口上缘至少淹没0.5 m深。本电站最不利情况是最小流量Q=144 m3/s时尾水位下机组尾水管淹没深度是否能满足要求。按Q=144 m3/s时尾水位89.35 m，尾水管淹没深度为1.55 m，满足规范要求。

5.2 对多泥砂河流疏浚开挖的影响

对于含泥砂量较高的河流，需要充分考虑运行多年以后，下游河道由于疏浚开挖引起的尾水位降低对尾水管出口淹没深度的影响，才能进一步合理选取机组安装高程。例如广东省某电站的灯泡贯流式机组在运行5年以后，由于下游河道挖沙，造成尾水位下降0.7 m，电站机组尾水管出口上缘露出水面，机组空蚀现象严重，运行中机组振动强烈，严重影响机组稳定运行，导致机组不能发出额定出力。

6 结论

1)选取灯泡贯流式机组的安装高程时，可以按电站全部机组额定出力时的流量所对应的下游尾水位进行计算，而不是按《水电站机电设计手册》中的计算公式中以1台机组或半台机组额定出力时对应的下游尾水位为计算标准。这样选取的机组安装高程可以得到提高，以实现节省电站开挖工程量，减少土建投资。

2)多台灯泡贯流式机组安装高程进行计算时，需针对不同台数机组发电时的运行工况进行充分论证与计算。

在设计选型及方案比较过程中应充分考虑以上两种观点，最终确定水轮机组的安装高程。

对于含泥砂河流，必须要考虑若干年后，下游河道因疏浚开挖而引起的尾水位降低对电站机组尾水管出口上缘淹没深度的影响，才能确定机组安装高程。

［1］田树棠.贯流式水轮发电机组及其选择方法［M］.北京：中国水利水电出版社，2000.

［2］刘大恺.水轮机［M］.北京：中国水利水电出版社，1980.

［4］黑龙江省水利水电勘测设计研究院.松花江干流依兰航电枢纽工程可行性研究报告［R］.哈尔滨：黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2008.

TV734

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1007-7596(2011)06-0076-02

2011-07-14

高磊(1982-)，男，黑龙江哈尔滨人，工程师;田志明(1978-)，男，辽宁朝阳人，助理工程师。