低水头水电站额定水头的选择.docx

小水电2010年第3期(总第153期)规划设计

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低水头水电站额定水头的选择

罗纯军(湖南省水利水电勘测设计研究总院湖南长沙410007)

【摘要】根据低水头径流式电站的特点，引入水流出力线和电站临界弃水点等概念，并以白竹洲水电站为例简要说明低水头径流式水电站额定水头的选择方法。图3幅，表1个。

【关键词】低水头水电站额定水头额定出力水流出力线临界弃水点

1概述

低水头水电站一般是指建在流量比较丰富的大江大河中下游，利用行洪河槽壅水发电，且发电水头在15m以下的水电站。低水头水电站的额定水头具有与中高水头水电站不同的特点，也是水轮机组选择的基本依据之一，涉及范围广；选择是否合适，将直接影响发电效益。

白竹洲水电站位于湖南省桃江县境内资水干流下游，工程以发电为主，兼有航运等综合效益。电站正常蓄水位49.0m,装机45MW,是典型的低水头电站。

2水头(流量)出力线

低水头径流式水电站上游水位比较固定，即使变化，其变幅也较小，在丰水期按正常蓄水位运行，在枯水期进行日调节承担调峰任务，电站的水头主要取决于下游水位。而下游水位又与天然流量呈对应关系(在不进行日调节的情况下)。所以，低水头径流式电站在正常蓄水位确定后，可根据电站的多年日平均流量保证率曲线和下游水位流量关系曲线计算出低水头电站的水头出力线和流量出力线，统称水流出力线(见图1、图2)。

从图1、图2可知，随着流量的加大，下游水位抬高，电站水头减小，但出力逐渐增大，即当流量加大的速率大于水头减小的速率时，出力随之增大；水头与流量组合到某种情况，出力达到最大值72.3MW(电站理论最大出力);流量继续增大，但由于水头降低速度快，出力逐渐减小。可见低水头径流式电站的发电出力过程受天然来流影响较大。

3额定水头选择范围分析

水电站额定水头是水电站发电机发出额定功额时，水轮机所需的最小工作水头。在水轮机综合运转特性曲线上，额定水头是指水轮机空化出力限制线与发电机出力限制线的交点所对应的水头，如图3所示的C点(见图3)。

净水头()6.

净水头()

6.

5.00

4.00

3.00

2.00

1.00

0.00

051015202530354045505560657075

出力(0m)

80

图1水流出力一净水头关系曲线

图2水流出力一流量关系曲线

规划设计SMALLHYDROPOWER2010No3,TotalNo153

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片本头(旧

片本头(旧

出力00)

图3水流出力一净水头关系曲线

当电站装机容量确定后，电站的出力过程除受到水流出力控制外，还受电站出力限制线的控制。从图3可以看出，电站出力在图中沿A-B-C-D

运行，在整个运行过程中随着流量的加大，下游水位抬高，电站水头减小。在A-B段之间，下游水头高，但流量小，出力受阻而发不出额定出力，该段出力受阻称流量受阻。B点为电站水流出力线与机组出力限制线的交点，电站运行到达B点时，水头与流量组合达到发出机组额定装机，当流量继续加大时，电站开始弃水满负荷运行，所以B点为电站的临界弃水点。电站在B-C之间运行时，电站一直处于弃水满负荷运行状态，C点为电站额定水头对应的点。当流量继续增大时，由于下游水抬高，电站水头继续减少，电站出现水头受阻而发不出额定出力，电站沿C-D运行。当电站运行到D点时，电站水头减少至机组的最小运行水头，当流量继续增大，电站停止运行。

在装机容量一定的情况下，当电站水头大于临界弃水点水头时，电站虽有水头但流量不足，电站天然出力小于电站额定出力，所以发不出额定出力。当机组额定水头与临界弃水点水头一致时，发满装机的水头就是这一点。当机组额定水头取值小于临界弃水点水头时，运行中当电站水头小于临界弃水点水头而大于机组额定水头时，电站流量充足，机组出力仅受发电机出力限制线限制，可发足出力，同时电站也能发满装机。同此可见，电站发满装机的水头有一个范围，即在机组额定水头与电站临界弃水点水头之间，同时也说明临界弃水点水头是电站发满装机的最大水头，机组额定水头是电站发满装机的最小水头。所以低水头径流式水电站机组额定水头