水电站设计保证率

水电站设计保证率design probability of hydroelectric power station水电站正常发电的保证程度。

常用正常发电的总时段与计算总时段相比的百分率表示。

时段长短可根据不同情况选用年、月、旬、日等。

水电站设计保证率的确定，与水电站所在电力系统的负荷特性、系统中水电容量比重的大小、水电站的规模及其在电力系统中的作用，以及在水电站降低出力时，保证系统用电可能采取的补救措施等诸多因素有关。

通常水电站设计保证率的选择范围为75％～98％。

设计水电站时，合理选择设计保证率十分重要。

从理论上说，可以通过动能经济计算的途径来选定。

但实际上，由于水电站设计保证率涉及许多方面，初步设计时很难掌握足够的符合实际的电力用户经济特性及其他资料，进行技术经济论证，因此一般是参照有关设计规程规范的规定,经过分析后选定。

通常对大型水电站和水电装机容量在系统中所占比重较大者，应取较高的设计保证率。

对中小型水电站和水电装机容量在系统中占比重较小者，可以选择较低的设计保证率。

水电站装机容量- 正文全部水轮发电机组额定容量（即发电机铭牌出力）之和，度量单位为千瓦(kW)。

它是表示水电站建设规模和电力生产能力的主要指标之一。

组成水电站装机容量大致可分成必需容量和两大部分。

必需容量（也称有效容量）又可分为工作容量和备用容量（包括事故备用、负载备用和等）。

水电站根据在系统中所起作用的不同，具有上述全部容量或仅具有部分容量。

工作容量直接承担电力负荷的发电容量称工作容量。

在电力系统中担负尖峰负荷的水电站，其工作容量可比保证出力大若干倍。

备用容量为确保电力系统正常安全运行，考虑不可预测的瞬时增加负荷、事故停机和计划检修等因素而装置在水电站上的容量。

按用途不同分为三类。

①负荷备用容量：为担负一天内电力系统瞬时的负荷波动和计划外负荷增长所需要的发电容量，它可起保持电力系统周波正常的功能，通常称为调频容量。

②：电力系统中部分机组因事故而被迫停机或输电系统发生故障时，为保证正常供电在水电站上设置的发电容量。

水电站机组起动和停机灵活方便，最适宜于担任电力系统的事故备用容量。

③：电力系统中部分机组进行检修时，为保证正常供电在水电站上设置的发电容量。

只有在负荷降低时间内不能将全部机组检修完毕时，才需设置检修备用容量。

重复容量在调节性能较差的水电站，为了节省电力系统中火电站的燃料消耗，多发季节性电能而增设的装机容量。

选择的原则和方法正确合理地选择水电站装机容量，必须按下述步骤进行。

①根据水文资料，进行，确定水电站的各项水能参数（保证出力、年发电量等）；②确定水电站的合理供电范围、设计负荷水平和所在电力系统的负荷特性与参数；③了解电力系统内各种电站的组成、特性和发展计划，明确设计水电站在系统中的地位和作用；④通过电力电量平衡和动能经济计算，分别确定水电站可担负的工作容量和备用容量数额,以及是否设置重复容量;⑤结合水电站枢纽布置、机组制造和供应条件，确定水电站装机容量和机组台数的若干可行方案，进行技术经济比较，优选最合理的方案。

20世纪60年代以来，随着电力系统的扩大，随着各种类型水、火电站的投入和的实现，水电站装机容量选择所涉及的因素越趋复杂，如何正确选定已不是孤立和单一的问题。

中国已开始应用系统工程理论和以计算机为手段，优化选择水电站的装机容量。

70年代以来，国外对一些早期建成的水电站进行了扩建，并开展了相应的设计研究工作。

如美国,初建于20世纪30年代,1941年第一台机组发电。

原定装机容量为万kW,以后由于美国西部大电网的形成和哥伦比亚河上游梯级水库的建成，对该电站进行了几次扩建，增建了第三厂房和抽水蓄能发电厂，已扩大装机容量至648万kW。

1980年以来,中国也开始对一些早期建设的水电站进行扩建设计和研究。

在设计大中型水电站时，若预计其径流情况和供电系统情况在将来有较大变化时，应在枢纽布置中考虑预留扩建余地，为扩大装机容量创造条件。

动压轴承形成动压油膜的必要条件1.相对运动的两表面必须形成一个收敛楔形2.被油膜分开的两表面必须有一定的相对滑动速度，其运动方向必须使润滑油从大口进，小口流出3.润滑油必须有一定的粘度，供油要充分V、η越大，油膜承载能力越高日本开发采用世界首台立式大型灯泡式水轮发电机组发布时间:2002-03-22最近，日本东北电力公司与富士电机公司合作共同开发采用垂直式结构布置型式的大容量灯泡式水轮发电机组，最大功率，有效水头，最大流量100m3/s，装在阿贺野川水系原有的上野尻水电站上游的新建第二上野尻水电站，现已完成安装，正在调试运行。

1 为什么采用立式？灯泡式属贯流式水轮机中之一种，主要用于低水头大流量水电站。

与螺浆式水轮机中的立轴转浆式比，它具有效率高、占地面积小等优点。

为了确保大坝下面以及下游一带的建设场地，通常选用机组轴系为水平布置的横轴型。

该电站之所以采用立式，有以下两个方面原因：①建站场地条件限制，即河流保护、道路周围条件等很难确保建站面积；②原有大坝等建筑物的限制，引水路和放水路等线路受限制。

为了解决这些问题，决定采用建站方面自由度较大的立轴灯泡式，以便削减土木建筑费用，提高经济性。

2 结构特点及优点在基本结构方面，立轴式与横轴式相同，只有以下几点区别：①横轴式通常采用2个（上和下）支臂的固定导叶来承受水推力，而立轴式则采用具有4个支臂的下机架来支撑水推力，水轮机和发电机自重等负载。

②立轴式的推力轴承和导轴承布置在发电机转子的下面，属于2轴承伞型结构。

③立轴式的水轮机转轮是向下拆卸的立轴式、灯泡式水轮机控制转轮叶片的接力器与将接力器装设在水轮机转轮内部的横轴式在结构上有很大区别。

机组按立轴配置，壳体便可兼作导水路，从而减少挖掘面积。

由于厂房占地面积较小，也就不受场地条件的限制，立式机组的拆卸和组装置是按部套为单位进行的，便于维护，与卧式相比，可缩短大修时间。

立轴式机组采用新的通风冷却方式，可以省略鼓风机、空气冷却器、冷水循环泵等辅机装置。

该信息出自中国工程机械商贸网（）详细出处参考：日本立式灯泡式水轮发电机组投入运行摘要：立式灯泡式水轮发电机组的运行使水电站进一步提高经济效益成为可能，是对长期存在的灯泡式水轮机和发电机只能作为卧式机组这一固有观念的突破。

2002年，这种设备在Kaminojiri第二发电厂被安装并开始商业化运行，其主要特征以及立式灯泡式机组技术的特别之处，将在本文中进行阐述。

虽然水力发电作为一种可再生的环保型能源，一段时间以来在日本已成为主要的发电来源之一。

但不容忽视的是，经济上合理、技术上可行的坝址已经被开发利用，因此最近几年中水电事业没有实现预期的发展。

与此同时，设备的更新、改进和现有电站的重建已成为当前的科研主题，相关科研成果在很多地方得到应用。

在这一背景下，Tohoku电力公司对阿贺野河上所建的为数众多的大坝实施了一套长期的改造计划。

针对下游水的可利用量少于上游，改造计划主要实现了平衡电厂装机容量的目的，以确保更有效地利用丰富的水资源。

第二发电厂Kaminojiri第二发电厂在Kaminojiri电站原有坝址基础上扩建而成。

原电厂的最大过水流量低于阿贺野河上、下游新建的其它水电厂约100 m3/s，不均衡的过水流量使整个河流在该处产生了一个瓶颈，以致于影响到河系上电厂的整体运行。

因此，对已有的Kaminojiri水坝实施改造对于有效利用该河的水资源有着十分重大的意义。

立式灯泡式水轮发电机组对于该项目而言是最合适的，考虑到水头和流量，采用传统的卧式水轮机较为困难，且成本相对较高，原因有以下几点：（1）场地的限制，比如：河堤、公路、铁路等等，使发电厂房内没有足够的空间安装传统的卧式机组。

（2）现有大坝投入运行以来，受引水渠和尾水渠的空间限制，难以提供适合于卧式灯泡式机组的直线水流通道。

为解决以上问题且节约成本，Tohoku电力公司和Voith Fuji水力发电集团共同研制出立式灯泡式机组，实现了观念的创新。

该机组的首次应用是在Kaminojiri第二发电厂，于2002年6月投入商业运行。

发电厂位置和厂房平面布置见图1，发电厂房的横断面图见图2，Kaminojiri第二发电厂水轮机和发电机的详细参数见表1。

立式灯泡式机组的研制和成功应用获得了日本电力科学技术发展协会授予的欧姆技术奖，以示对这一先进技术成就的奖励。

2.技术及经济优势立式灯泡式机组与传统卧式灯泡式机组相比具有以下几点优势（二者的配置见图3）（1）水轮机和发电机均立式布置，占用厂房空间小了，因此立式机组能在更小的空间内安装使用。

（2）因为引水渠、锥管及尾水渠可设计成任意角度而不妨碍确定水轮机、发电机的核心位置，因此不会受已有场地条件的限制。

（3）从引水渠的进口到进水口之间的上游渠道长度缩短，因此进水流道的水头损失将减少，水头将增大。

（4）通过布置于引水渠进水口上方的门式起重机，水轮机和发电机的主要部件全部能够被吊起和放下，使装配和拆除更加容易，因此安装时间、检修周期会大大缩短。

从以上几点优势来看，Kaminojiri第二发电厂经济上更合理是显而易见的（与传统卧式灯泡式机组相比），见表2。

3.先进技术立式灯泡式机组的特有技术立式灯泡式机组投入Kaminojiri电厂运行时，有数项先进技术被采用于水轮机、发电机和土建工程，下文对这些技术做详细的阐述。

（1）灯泡式支撑体系采用立式灯泡式机组时，水对水轮机的推力和水轮机、发电机的自重均作用于灯泡式底座上（相当于卧式灯泡式水轮机的固定导叶），这就意味着底座要承受大约相当于作用在卧式机组的双倍荷载。

底座的变形会使安装在其下游方向的导流叶片产生侧方间隙，另一方面，水流中灯泡底座的阴影区域会影响涡水轮机的性能。

考虑以上因素，通过对应力、应变等进行静态分析计算，并对固有频率、振动特性等进行动态分析计算后，制作了一个包括立式灯泡式机组的旋转部件、固定部件在内的整体模型，将四撑杆的底座应用于样机中。

为便于理解，图4给出了有限元法模型。

（2）吸入旋涡如图2所示，立式灯泡式机组直接使用引水渠进水口的水，当上游水位下降、进水口水深变浅时，将形成吸入旋涡，严重时会持续不断地混入空气，因此在灯泡体内产生相当大的振动。

为了观察吸入旋涡的一般特性，首先做了一个基本的水力模型试验，然后通过更大比例尺的水工结构实体模型，做了一个流量、水深动态变化情况下的更具体的模型试验。

营造自然运行条件，目的是为了深入研究水轮机吸入旋涡的具体特征。

根据这些试验结果，在进水口的顶部配备了吸入旋涡防护整流钢板。

免维护技术取消了辅助设备，无油润滑部件和以下提到的用于立式灯泡式机组的许多其它技术设备实现了免维护运行，从而减少了维护成本。

（1）发电机的通风冷却技术在灯泡式机组中，发电机安装在灯泡体内水流通道内，因此同其它类型的发电机相比在维修和检查时非常困难。