小水电站低负荷运行及气蚀预防措施

小水电站低负荷运行及气蚀预防措施
?１前言
???小型水电站由于来水受环境因素的制约，运行工况大多偏离额定工况。

按照运行规程规定，小水电站所采用的反击式水轮机是不能在低于额定出力的５０％工况下运行的，但是出于经济、环境等因素的综合考虑，只要切实做好防止气蚀的措施，小型水电站在低负荷工况下运行是有必要的。

???以里石门水库坝后电站为例，其担负着防洪、灌溉和发电三项任务。

设计时装机容量为１×５００ｋＷ，水轮机型号为ＨＬ２２０—ＷＪ—５０Ａ，适用水头为３８～５４ｍ，流量为１．７７～１．９１ｍ３/ｓ。

除了防洪时（同时也为丰水期）的满负荷运行，大多情况下，都低于额定工况运行。

特别是近年来的大旱天气，造成水库水位持续偏低；同时下游农业用水和生活用水的迫切需求，再加上华东电网“电荒”的严峻形势，迫使其基本上处于低负荷运行。

???另外，丰水期来临时，为了尽量多利用来水发电，一般都将发电
机运行功率因素值提高（即减少无功出力）来多发有功，大多情况下将功率因素值提高到０．９０～０．９５。

因提高功率因素所欠发
的无功，则通过枯水期多发无功给予弥补，即在枯水期机组有功出
力不足时，适当调低发电机的运行功率因素值，以增加机组的无功
出力，一般把数值设为０．６左右。

???由于上述情况的存在，里石门水库坝后电站的运行工况大多是偏
离额定工况低负荷运行的，当然，机组均是在切实做好防止气蚀的
措施和避开气蚀严重区下运行的。

???２预防气蚀措施
???水轮机是水电站中将水能转换成机械能带动发电机工作的核心设备，其重要性可想而知。

而水轮机运行的优劣及其使用寿命的长短，则与“气蚀”有着极为密切的关系。

???２．１气蚀的产生和危害
???水轮机的气蚀是怎样产生的呢？在反击式水轮机的流道中，由于
边界条件的变化，局部流速的增高，致使压力下降或因转轮叶片迫
使水流的力矩发生改变，使转轮叶片背面产生负压。

因为水中含有
约５％的空气和气核，当压力低于空化压力时，就会发生空化现象，产生大量气泡。

这些气泡进入高压区后，开始凝结并破裂，四周的
水质点则高速向气泡中心撞击，形成局部高压，而撞击后的水质点
反方向运动时又会形成局部低压，产生大量气泡，这种气泡的产生
和溃裂过程称为气蚀。

???气蚀对金属材料的破坏作用主要是机械作用，一种是属于在屈服
点内的疲劳破坏，另一种是属于超过屈服点后塑性变形使它破坏。

水在水轮机的流道中产生空化现象后，这些气泡随着水流进入高压区，在高压作用下气泡破裂而四周水质点向中心撞击能形成极高的
射流速度，产生对水轮机过流边界的高速冲击，瞬间可达３２００
×１０５Ｐａ，并且以１０～２０万Ｈｚ的频率进行。

在反复冲击
载荷的作用下，金属部件的表面质点由韧性状态转为脆性状态，即“疲劳”。

它使金属的持久极限即屈服点下降，当水击压力大于屈
服点时，金属晶粒脱落，严重时，水轮机叶片会产生空孔、缺口，
甚至脱落，造成水轮机过流部件的破坏。

同时机组也产生了大量的
振动和噪声，降低了水轮机的出力和效率，并且使水轮机的检修周
期缩短，增加了检修工作的复杂性和工作量。

其后果是造成电站运行成本升高和人力、物力的耗损。

所以，在水轮机的生产制造，水电站的设计施工以及运行管理中，都应设法减轻或阻止气蚀的产生。