小型水电站水轮发电机组选型设计及重点问题分析

小型水电站水轮发电机组选型设计及重

点问题分析

摘要：水轮发电机机组的选型设计作为小型水电站建设工程中的重要投资，不过在实际的建设过程中，很容易因为水轮发电机组选型设计不当等问题出现发电站效益不理想的情况，因此本文对小型水电站水轮发电机组选型设计过程中的注意事项和问题进行了分析，以供小型水电站建设时作为水轮发电机组选型设计的参考。

关键词：小型水电站；水轮发电机组；选型设计

在水力发电站建设的过程中，对于水轮发电机组的设计关乎着整个工程的经济效益和生产效率，同时也对水电站的经营质量有着非常大的影响。因此水电站必须根据相关参数来选择合理的水轮发电机组，以确保水电站能够顺利运行。

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小型水电站水轮发电机组选型设计概述

由于水电站建设受到了地区因素的影响，各个水电站的水力资源和开发应用情况必然存在一定的不同，加上工作水头、引用流量范围等等，都需要根据实地的状况进行设定。而水轮发电机在自身能量和汽蚀特性以及强度条件的限制下，其适用的水头和流量范围相对较窄，因此水轮发电机只能够在合适的区域正常运行。为了保障水电站的运行能够满足经济安全需求以及高效率，设计工作人员应当对不同类型水轮发电机的技术参数、性能特点等等进行全面了解，进而根据水电站的基础资料和工程的总体布置以及水轮机特性等进行结合，并且综合比较其技术方案，选择出利用了最高、成本最优、收益最好的水轮发电机组选型设计方案。

小型水电站水轮发电机组的选择在具体设计过程中，必须要根据当地情况以及水轮机各项参数进行比较后再进行确定，当前常用的水轮发电机主要有如下类型：

1、灯泡贯流式水轮发电机。近几年来我国在灯泡贯流式水轮发电机的研究成果非常显著，在大量工程的实践运用中现实，在水头低于二十五米的情况下，灯泡管流式水轮发电机和同轴流转桨式水轮发电机相比有着更好的技术和经济优势。灯泡管流式机组的结构形式和常规立轴机组有着非常大的差距，尤其是在运行、维修和管理方面都有着很大的不同，因此在采用的选择上也需要根据实际情况，并根据业主单位的意见来使用。

2、轴流式水轮发电机。轴流式水轮机主要分为转桨式和定桨式两种，轴流定桨式水轮机在小型水电站中的应用相对较广，主要原因是因为其结构相对简单，便于维护，而且造价低，能够有效控制成本，同时还不存在漏油等问题。

3、混流式水轮发电机。在低水头的中小型水电站中，混流式水轮发电机的使用相对广泛，虽然混流式水轮发电机机组相对来说成本较高，不过其空化性能和安装高程较好，因此也能有效控制土建成本。

4、水斗式水轮发电机。早期由于因为设计、制造技术和材料等方面的原因，我国的高水头混流式水轮发电机依然存在一些问题，因此水斗式水轮发电机依然是我国高水头中小型水电站的首要选择。

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小型水电站水轮发电机组选型设计的原则和方法

在小型水电站选择水轮发电机组的过程中，一定要贯彻如下选型原则：

1、首先要预先对设计水头下所发出的额定出力进行检测，若是实际设计低

于设计水头的话，目标设计的发电机组受阻容量应当减小，以保障水轮发电机能

够充分发挥其最大效率。

2、在针对机组参数进行选择时，一定要确保能够和水电站的基本参数相适应，毕竟各个型号的水轮发电机所能够适应的水头范围也是不一样的，其水头上

限则是主要根据此型号的水轮发电机强度以及汽蚀条件所制定的；其下限则需要

考虑到水轮发电机的运行效率不会过低，并且由最大水头来计算飞逸转速，以保

障配套的发电机能够控制在飞逸转速数值以下。

3、若是在水头相等的情况下，一定要选择水轮发电机转速更高或者成本造

价更低的，同时也要选择允许吸出高程更大，而且转轮直径较小的、汽蚀系数较

小且更稳定的水轮发电机组。

4、水轮发电机组的数量也需要以能够适应运行的灵活性为基础，以保障机

组能够高效运行，一般可以选择两到四台发电机。

5、若统一发电站存在有多个机型方案能够选择的话，则需要根据发电站的

具体情况来展开比较，确保能够选择最适合电站的水轮发电机机型。发电机大多

是由水轮机制造厂相配套供应的，因此选择时也要确保型号能够和水轮机的选择

同步。

在对小型水电站的水轮发电机组展开设计时，可以采用查表套用法进行选型

设计，该方法的使用非常简单，毕竟水轮发电机的型号选择基本取决于水头的设计，因此设计人员可以对水轮发电机生产厂家所展示的相关目录进行分析，并且

根据各种类型的水轮发电机性能参数进行对比，严格遵守上述水轮发电机选型设

计原则来对水轮发电机的型号进行选择，以保障水轮发电机能够充分符合水电厂

的运行需求。

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水轮发电机组选型设计实例参考

本文以某处于河流中上游的水电站作为参考，该水电站距离上游的县城大约为三十五公里，而其最大水头是16.67米，加权平均水头是14.21米，而最小水头则有10.07米，相对来说属于低水头工程。该水电站的总装机容量为18毫瓦，而近几年的平均发电量则达到了每小时8644万千瓦。

1、水轮发电机额定水头的确定。在针对水轮发电机组进行选型设计时，根据该发电站电能加权平均水头来计算，并且结合发电站动能参数指标以及平均日

流量与水头关系对照表进行分析，同时也充分考虑到了当地汛期时满发的运行需求，在经过全面的计算，进而得出其额定水头设计为十三米。

2、水轮发电机参数确定。首先要确定水轮发电机比速系数和比转速的选择，为了确保能够对水轮机的能量、空化和水利稳定性等影响因素进行最全面的考虑，必须要以比速系数和比转速作为综合技术指标进行考量，从而反映当地水轮发电机所需的设计以及制造水平。根据相关统计资料来分析，此设定在的水轮机比速系数取值应当在1929到2199之间，而相应比转速则需要在535到610米每千瓦之间为合理选择。

其次则是需要确定机组参数，在对当前的模型转轮相关资料来分析之后，此供电站选择了利用轴流式模型转轮，并且根据当前所有转轮参数计算结果进行比较后我们可以得知，在额定水头下的各比选转轮都能够发出额定出力，同时水轮机的运行范围也包括了模型曲线高效区。而在对综合能量特性、空化特性以及经济特性等指标进行分析后，此发电站选择了最适合的ZZ660型号的转轮。

3、确定水轮机形式、单机容量和机组的数量。由于该水电站的水轮发电机组运行水头的设计范围是10.07米到16.67米，因此可以在运用灯泡贯流式水轮发电机的同时还可以利用轴流式水轮发电机。在根据各方面综合性考量之后，该水电站选择了三台单机容量为六毫瓦的轴流转桨式机组作为最终选择，具体设计方案如下：

该方案利用了三台轴流转桨式机组，其中转轮直径为 2.85米。若是当地处于枯水季节时，该发电站的来水流量为一秒钟20立方米，能够保障发电机组正常运行。而利用三台机组的设计在实际运行过程中更加灵活，不过由于该发电站的单机容量相对较小，因此水头幅度也较小，不过流量变幅却随之而增大，加上“两定一转”这一设计方案的选择，能够有效控制电站成本，同时也方便的维护工作，并且能够满足最小流量的运行需求。

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结语