论水轮机比转速选择和水电站稳定性的关系

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1、第30卷第5期水力发电学报Vo1．30No．52011年10月JOURNALOFHYDROELECTRICENGINEERING0ct．．2011论水轮机比转速选择和水电站稳定性的关系徐洪泉，王万鹏，李铁友(中国水利水电科学研究院，北京100038)摘要：本文从水轮机比转速的定义人手，着力区分了模型最优工况比转速和电站额定工况比转速，并在分析额定工况比转速选择对额定工况性能影响的基础上，进一步分析了比转速对其它高水头、低水头、大负荷、小负荷等工况稳定性的影响，论述了水轮机比转速选择和电站稳定性的关系，提出了额定工况

2、比转速选择的基本原则。关键词：水轮机；稳定运行；论述；比转速；振动；压力脉动；运行范围中图分类号：TK730文献标识码：ARelationshipofturbinespecificspeedchoiceandpowerstationstabilityXUHongquan，WANGWanpeng，LITieyou(ChinainstituteofWaterResourcesandHydropowerResearch，Beijing100038)Abstract：Thispaperdemonstratesthediff

3、erenceofspecificspeedsofamodelturbineatitsoptimalconditionandpowerstation—ratedconditionusingthedefinitionofspecificspeed，andanalyzestheeffectofspecificspeedonoperationstabilityundervariousconditionsofhighhead，lowhead，largeloadandlowload，etc．throughexaminingth

4、eeffectonperformanceattheratedconditions．Therelationshipofspecificspeedchoiceandstabilitywasdiscussed，andabasicprinciplewasputforthforspecificspeedselectionattheratedconditions．Keywords：turbine；stableoperation；discussion；specificspeed；vibrations；pressurepulsat

5、ions；operationrange0引言水轮机比转速在水电站参数选择和水轮机选型设计中是一个至关重要的基本参数，是关系到电站建设的经济性、运行的稳定性及运行维护是否经济高效的关键因素。上世纪九十年代前后，国内外都出现过追求高参数和高比转速的浪潮，在CFD等高新技术的推动下，开发出大批高比转速转轮，涌现出许多采用高参数的电站，确实推动了水电技术的蓬勃发展。但是，高参数的超前发展也有其片面性，给水电站的稳定运行带来了不少问题，如有的电站压力脉动和振动严重，有些还出现了水轮机叶片裂纹和尾水管撕裂等问题。尽管这些问题不

6、能完全归咎于高比转速的采用，但其对稳定性的影响却必须引起我们的高度重视。1关于比转速1．1比转速的定义及计算公式水轮机比转速n是指水轮机水头为1m、输出功率为1kW时的水轮机转速⋯，是反映机组参数水平和经济性的综合参数。其计算公式为：(1)或n=3．13n(2)式中川为水轮机转速,r／min；Pt为水轮机输出功率，kw；日为水头)m；nll为单位转速，=(r／min)Q。收稿日期：2010-02．15作者简介：徐洪泉(1955一)，男，教授级高工．E-mail：xuhq@iwhr．tom第5期徐洪泉等：论水轮机比转

7、速选择和水电站稳定性的关系22l为单位流量，Q。=_(m／s)叩为水轮机效率；D为水轮机公称直径，m。D‘‘H1．2两个比转速的区别在我们常规使用的比转速中，主要有两个。一个是水轮机模型转轮的比转速，通常用其最优工况参数(即最优单位转速11,。。、最优单位流量Q。和最优效率)进行计算；另一个是根据电站额定水头日、额定转速17．和额定水轮机出力P，确定的电站额定工况比转速。显然，二者区别很大。其一，模型转轮比转速反映的是水轮机特性，属水轮机内在本质；而电站额定工况比转速反映的是电站特性，属电站对水轮机的外部要求；其二

8、，前者反映的是模型性能，后者是对真机的性能要求；其三，前者反映的是最优工况，后者针对的是额定工况。在我们讨论的问题中，最关心的是怎样选择水电站水轮机比转速对稳定运行有利，讨论的是额定工况比转速和机组稳定性的关系，显然是指额定工况下的真机比转速，和模型比转速无直接关系。2额定工况比转速对该工况稳定性的影响要想弄清楚额定工况比转速对水电站稳定运行的影响，首先需弄