專利名稱：：水力發(fā)電站的組合水輪發(fā)電機(jī)組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種水力發(fā)電站的組合水輪發(fā)電機(jī)組，它可用來為水電站提供可調(diào)出力的組合水輪發(fā)電機(jī)組，適用于季節(jié)性水頭變化范圍較大的年調(diào)節(jié)水電站。目前正在運行的水電站的水庫庫容均較小，不能夠?qū)恿鲝搅?年水量)進(jìn)行完全年調(diào)節(jié)，洪水期(低水頭期)要大量棄水，以避免水庫流量大于水電站全部水輪機(jī)的過水能力時超蓄，這就勢必造成水電站在洪水期增加發(fā)電量的潛在能力不能得到充分發(fā)揮?，F(xiàn)有技術(shù)是在水電站上安裝有水輪機(jī)系列、比轉(zhuǎn)速和尺寸均不同的水輪發(fā)電機(jī)組，并且在每一座這類水電站上，所有水輪機(jī)均在同一設(shè)計水頭范圍內(nèi)運行。其不足之處在于洪水期要大量棄水，造成水電站在洪水期增加發(fā)電量的潛在能力不能得到充分發(fā)揮。本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種可高效和較充分利用水力(頭)資源、增加水電站發(fā)電量和效益的水力發(fā)電站的組合水輪發(fā)電機(jī)組。本發(fā)明的目的可以通過以下措施來達(dá)到本發(fā)明至少由兩組水輪發(fā)電機(jī)組組成，該至少兩組機(jī)組的水輪機(jī)是可調(diào)出力和參數(shù)各異的，第一組水輪發(fā)電機(jī)組的水輪機(jī)適用于永久運行期或經(jīng)常運行期，水頭范圍從最小值到最大值，從設(shè)計水頭到最大水頭范圍內(nèi)加大單機(jī)出力運行。第二組水輪發(fā)電機(jī)組的水輪機(jī)適用于從最小水頭到設(shè)計水頭與最大水頭之間的水頭范圍內(nèi)運行，其最大單位流量大于第一組水輪機(jī)，第一組水輪發(fā)電機(jī)組臺數(shù)的選定須考慮只有第一組水輪發(fā)電機(jī)組運行時水電站對各運行水頭下的出力要求。在本段論述及以下論述中，出力和單位流量均按最大值考慮。附圖的圖面說明如下圖1為本發(fā)明第一組和第二組水輪發(fā)電機(jī)組的水輪機(jī)的示意圖；圖2為本實施例中本發(fā)明與“三峽”水電站的水輪機(jī)單機(jī)出力與水頭關(guān)系曲線。下面將結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述在實施本發(fā)明前須具有的主要原始資料如下水電站的最大水頭Hmax、設(shè)計水頭HP、最小水頭Hmin、裝機(jī)容量和裝機(jī)總臺數(shù)n等。根據(jù)上述原始資料，本發(fā)明至少由兩組水輪發(fā)電機(jī)組組成，該至少兩組機(jī)組的水輪機(jī)是可調(diào)出力和參數(shù)各異的，第一組水輪發(fā)電機(jī)組的水輪機(jī)適用于永久運行期或經(jīng)常運行期，水頭范圍從最小值Hmin到最大值Hmax，從設(shè)計水頭HP到最大水頭Hmax范圍內(nèi)加大單機(jī)出力運行；第二組水輪發(fā)電機(jī)組的水輪機(jī)適用于從最小水頭Hmin到設(shè)計水頭HP與最大水頭Hmax之間的中間水頭HnP范圍內(nèi)運行，其最大單位流量Q′1max2大于第一組水輪機(jī)。第一組水輪發(fā)電機(jī)組臺數(shù)n1的選定須考慮只有第一組水輪發(fā)電機(jī)組運行時水電站對各運行水頭下的出力要求。第二組水輪發(fā)電機(jī)組在指定的中間水頭到最大水頭范圍內(nèi)不運行。但是，由于第一組水輪機(jī)在水頭大于設(shè)計水頭HP時加大了出力，因此，可保證第一組的出力不低于只采用第一組水輪機(jī)在不加大出力情況下所能達(dá)到的出力。此時，第一組水輪發(fā)電機(jī)組的可能最小臺數(shù)為n1＝NP/Nmax·n式中NP-水輪機(jī)在設(shè)計水頭下的設(shè)計單機(jī)出力；Nmax-水輪機(jī)在最大水頭下的最大單機(jī)出力；n＝(n1+n2)-水電站的水輪發(fā)電機(jī)組總臺數(shù)。如果要求最大水頭時水輪機(jī)的裝機(jī)出力小于設(shè)計水頭時的裝機(jī)出力，則水輪發(fā)電機(jī)組的可能最小臺數(shù)為n1＝NP/Nmax·N-B/Nmax式中B-水電站在設(shè)計水頭和最大水頭下水輪機(jī)的裝機(jī)出力的允許差值(由用戶提供)。在此情況下，第一組水輪發(fā)電機(jī)組臺數(shù)還可減少。在保持水電站水輪發(fā)電機(jī)組總臺數(shù)不變情況下，第二組水輪發(fā)電機(jī)組的臺數(shù)n2可相應(yīng)增加。第一組水輪機(jī)的NP/Nmax之比在不同水電站上的變化范圍為NP/Nmax＝0.99-0.8。第一組水輪機(jī)在最大水頭時的最大單機(jī)出力加大，由于單位流量Q′1加大等，水輪機(jī)的效率一般也會提高。根據(jù)本發(fā)明的實質(zhì)，由于有了單位流量較大的第二組水輪機(jī)，在包括洪水期水頭在內(nèi)的水頭范圍內(nèi)，可提高第二組水輪發(fā)電機(jī)組的總出力，從而使整個組合的水輪發(fā)電機(jī)組的總出力高于只安裝第一組水輪機(jī)的水輪發(fā)電機(jī)組的總出力。由于洪水期，水輪機(jī)以最大可能出力運行，所以，第二組水輪機(jī)洪水期最大出力的加大將使水電站的發(fā)電量增加。水電站的發(fā)電量之所以能增加是由于減少了棄水。第二組水輪機(jī)最大單位流量Q′1max2與第一組水輪機(jī)最大單位流量Q′1max1在不同的水電站是不一樣的，其變化范圍為Q′1max2/Q′1max1＝1.01-1.2。實施例為中華人民共和國“三峽”水電站。已選用相同參數(shù)的26臺混流式水輪機(jī)P0115，其參數(shù)如下轉(zhuǎn)輪直徑D1＝9.87m，轉(zhuǎn)速n＝75轉(zhuǎn)/分，出力NP＝710MW，永久運行期內(nèi)的水頭范圍從Hmin＝71m到Hmax＝113m，設(shè)計(計算)水頭HP＝80.6m。水輪機(jī)的N-H關(guān)系曲線如圖2中線1所示。從適用于最大水頭115米的P0115水輪機(jī)通用特性曲線得出在最大可能單位流量1.18m3/s時，可保證發(fā)出710MW出力；在最大水頭113米時，單位流量0.66m3/s。即可保證發(fā)出710MW出力，此流量大大低于該水頭下的最大可能單位流量1.16m3/s。同時，在最小水頭71m和在該水頭下最大單位流量1.18m3/s時，只能保證發(fā)出580MW出力。因此，在Hmin到HP范圍內(nèi)，不可能提高出力；而在HP到Hmax范圍內(nèi)，也不可能增加出力。根據(jù)本發(fā)明，采用兩組水輪發(fā)電機(jī)組n1和n2(見圖1)。第一組水輪發(fā)電機(jī)組n1采用P0115水輪機(jī)，考慮到可以提高HP-Hmax范圍內(nèi)的單位流量，在設(shè)計中將此水輪機(jī)在上述水頭范圍內(nèi)的出力提高到最大水頭Hmax時的880MW(見圖2線2)。第二組水輪發(fā)電機(jī)組n2采用適用于最大水頭為90米的P090水輪機(jī)，其轉(zhuǎn)輪直徑D1和轉(zhuǎn)速n與P0115水輪機(jī)相同，但其工作水頭范圍擴(kuò)大到從Hmin到HP與Hmax之間的某一中間水頭Hnp，在本實施例中為86米。在一般情況下，Hnp在滿足下列條件下，采用可能最小值，即第二機(jī)組水輪機(jī)的運行水頭范圍能包括整個洪水期水頭范圍。此時，P090水輪機(jī)應(yīng)按在Hmin到Hnp整個水頭范圍內(nèi)，以最大單位流量1.224m3/s運行條件設(shè)計，其出力在Hmin時為620MW，在Hp時為765MW，在Hnp時為800MW(參見圖2中線3)。水輪發(fā)電機(jī)組的臺數(shù)n1和n2按下列方法選定如前所述，n1組水輪發(fā)電機(jī)組在Hmax時的單機(jī)出力的增加值為880-710＝170MW，約占單機(jī)出力的20％。因此，第一組水輪發(fā)電機(jī)組的臺數(shù)n1為從水電站總臺數(shù)中至少減去20％，余下的則為第二組水輪發(fā)電機(jī)組的臺數(shù)，即n1＝NP/Nmax×n＝710/880×26≌21，n2＝n-n1＝26-21＝5。由于采用本發(fā)明，并按所述組合方式將水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行組合，在正常運行條件(即永久運行期)下，可保證水頭從71米到86米的低水頭范圍內(nèi)(含洪水期和水電站蓄水期水頭范圍)的總出力大幅度提高。因此，在此運行期間，由于減少了棄水，水電站的發(fā)電量將會增加。下表十分清楚地列出了本發(fā)明推薦的組合水輪發(fā)電機(jī)組的總出力與過去擬采用的26臺同樣的水輪機(jī)組總出力的對比。表1“三峽”水電站水輪發(fā)電機(jī)組本發(fā)明與現(xiàn)有方案在相應(yīng)水頭下的出力對比</tables>從表1還可看出，推薦的組合水輪發(fā)電機(jī)組方案不僅可增加出力，還可提高水輪機(jī)的平均運行效率。n1組，由于加大了HP-Hmax水頭時的單位流量；n2組，由于P090水輪機(jī)的最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速較高。所有這一切可大大提高水電站在永久運行期(即從最小水頭Hmin到最大水頭Hmax)在設(shè)計參數(shù)下的發(fā)電量。在洪水運行期，本發(fā)明水輪機(jī)的裝機(jī)出力將增加18735/18460＝1.015(見表1)，即增加1.5％。由于洪水運行期占水電站年總運行期的30％，如就水電站的年發(fā)電量而言，則年發(fā)電量至少將增加1.5×0.3＝0.5％(按B＝0計算)。當(dāng)B＞0時，第一組水輪發(fā)電機(jī)組臺數(shù)可減少，第二組水輪發(fā)電機(jī)組臺數(shù)則可增加，從而可由于第二組水輪發(fā)電機(jī)組而增加發(fā)電量。由于提高了最大水頭時的單機(jī)出力，第一組水輪機(jī)的效率將可提高3％。水電站在高水頭下的年運行期占年總運行期的30％，因此，水電站的平均運行效率將可提高3×0.3＝0.9％。水電站發(fā)電量的總增加值將不小于0.5+0.9＝1.4％。在“三峽”水電站上如安裝26臺參數(shù)相同的水輪機(jī)，水電站的設(shè)計年發(fā)電量為847×108千瓦·時。如采用本發(fā)明每年可增加發(fā)電量847×108×0.014＝11.8×108千瓦·時，如按每千瓦·時電價0.025美元計，則水電站每年可增加利潤11.8×0.025＝29.8×106美元。將水輪機(jī)的最大出力提高到880兆瓦，水輪發(fā)電機(jī)組的價格將提高8％。如果出力為710兆瓦水輪機(jī)的水輪發(fā)電機(jī)組的價格為60×106美元，則由于采用本發(fā)明而增加的費用為60×106×26×0.08＝124.8×106美元?？紤]到水電站在永久運行期增加了發(fā)電量，上述費用將可在124.8×106/29.8×106＝4.2年內(nèi)抵償。對于最大水頭為10-250米、棄水期長、水頭變幅大、水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計臺數(shù)相對較多的水電站，采用本發(fā)明效果最好。本發(fā)明對比現(xiàn)有技術(shù)具有下述優(yōu)越性本發(fā)明可增加發(fā)電量、提高洪水運行期水電站的效益及最大水頭時只有n1臺水輪發(fā)電機(jī)組運行時的效益。對于最大水頭為10-250米、棄水期長、水頭變幅大以及水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計臺數(shù)相對較多的水電站，采用本發(fā)明效果最好。權(quán)利要求1.一種水電站的組合水輪發(fā)電機(jī)組，至少由兩組水輪發(fā)電機(jī)組組成，該至少兩組機(jī)組的水輪機(jī)是可調(diào)出力和參數(shù)各異的，其特征在于，第一組水輪發(fā)電機(jī)組的水輪機(jī)適用于永久運行期，水頭范圍從最小值到最大值，從設(shè)計水頭到最大水頭范圍內(nèi)加大單機(jī)出力運行，第二組水輪發(fā)電機(jī)組的水輪機(jī)適用于從最小水頭到設(shè)計水頭與最大水頭之間的水頭范圍內(nèi)運行，其最大單位流量大于第一組水輪機(jī)，第一組水輪發(fā)電機(jī)組臺數(shù)的選定須考慮只有第一組水輪發(fā)電機(jī)組運行時水電站對各運行水頭下的出力要求。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力發(fā)電站的組合水輪發(fā)電機(jī)組，其特征在于，第一組水輪發(fā)電機(jī)組的臺數(shù)為最小可能值，按兩個數(shù)值的差值確定，第一個數(shù)值等于NP/Nmax乘以所采用的水電站總裝機(jī)臺數(shù)，第二個數(shù)值等于設(shè)計水頭和最大水頭下水輪機(jī)裝機(jī)出力允許差值與第一組水輪機(jī)所采用的最大水頭下最大單機(jī)出力之比。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力發(fā)電站的組合水輪發(fā)電機(jī)組，其特征在于，第二組水輪發(fā)電機(jī)組臺數(shù)為最大可能值，按所采用的水電站水輪發(fā)電機(jī)組總臺數(shù)與第一組水輪發(fā)電機(jī)組最小可能臺數(shù)之差確定。全文摘要本發(fā)明至少由兩組水輪發(fā)電機(jī)組組成，第一組的水輪機(jī)適用于永久運行期，水頭范圍從最小值到最大值，從設(shè)計水頭到最大水頭范圍內(nèi)加大單機(jī)出力運行；第二組的水輪機(jī)適用于從最小水頭到設(shè)計水頭與最大水頭之間的水頭范圍內(nèi)運行，其最大單位流量大于第一組水輪機(jī)。第一組的臺數(shù)須考慮只有第一組運行時水電站對各運行水頭下的出力要求。本發(fā)明可增加發(fā)電量、提高洪水運行期水電站的效益及最大水頭時只有n1臺水輪發(fā)電機(jī)組運行時的效益。文檔編號F03B3/00GK1162697SQ9710048公開日1997年10月22日申請日期1997年2月4日優(yōu)先權(quán)日1997年2月4日發(fā)明者阿布杜拉赫曼諾夫-列奧尼德·弗阿多維奇,培遼夫·依果爾·米哈依洛維奇,索特尼柯夫·阿納多里·阿列克桑德洛維奇,斯捷潘諾夫·瓦列金·尼古拉耶維奇申請人:“列寧格勒金屬工廠”股份公司