摘要：随着经济的增长和人们生活水平的提高，各个领域对电力的需求也日益增长。同时经济的快速发展也造成了环境的污染和生态破坏，利用可再生资源为人类提供电能量是可持续发展的途径，水资源既可以为人们输送电力又是可再生资源，水力发电是可持续发展的重要途径。然而水力发电中亦存在一定的问题，水力发电的混流式的稳定性严重影响水力发电的质量和效率。本文对影响混流式水轮机内部稳定运行的因素进行阐述，提出解决大型混流式水轮机稳定性的策略，以期提升水力发电的质量和效率。
关键词：混流式水轮机；稳定性；对策
水力发电具有无污染和成本低等特点，与可持续发展的战略相符，不仅能为人们提供源源不断的电力输出，而且维持了自然环境的和谐发展。水力发电固然能为人们带来极大的便利，但是在发电过程中仍存在一定的缺陷。水力发电中的混流式水轮机在运行过程中存在制约稳定性的因素，受水力因素、转轮制造工艺等诸多因素的制约，进而影响水力发电的效率和质量。对制约混流式水轮机运行稳定性的因素进行控制和避免，可以提升水电发电的效率和质量，具有非常重要的意义。
一、制约混流式水轮机稳定运行的因素
（一）水力因素对混流式水轮机的影响
混流式水轮机结构紧凑，效率较高，当水流经过混流式水轮机时，水流从水轮机的径向流入，由轴向流出，因此能适应很宽的水头范围。混流式水轮机的原理是由蜗壳导入的水流产生的压力带动混流式水轮机的转轮承受压力，当压力超过到一定的程度时，转轮带动主轴转动，产生足够的动能时，将动能转换为电能。由于水流来自于自然环境，其流动速度、流量等不受控制，时刻处于变化，具有不稳定的特点。第一，当水流的压力过小时，其产生的压力不能带动转轮，亦不能产生足够的动能；当水流的压力过大时，其产生的压力过大，亦会对转轮的有效转动产生阻碍作用。第二，当水流的频率较高时，能给转轮提供持续不断的压力差，使转轮获得足够的动能；当水流的频率较低时，只能提供给转轮间断的压力，亦使转轮不能持续转动，其产生的动能也不稳定[1]。
（二）转轮制造工艺技术影响混流式水轮机的稳定运行
混流式水轮机的转轮制造工艺涵盖上冠下环装配、叶片装配、转轮焊接、转轮退火、转轮铲除磨等多道工序，其中的任何一个环节出现问题都会致使转轮的质量受到影响。第一，转轮在转动时必须保证转轮的重心与其旋转中心重合，若不能确保转轮的动平衡，转轮在转动时将会像凸轮一样产生偏心运动，长期使用将会产生严重的磨损；第二，叶片在铸造过程中产生的气孔、夹渣等不良问题，在转轮焊接后，转轮整体在长期承受持续不断的水压时，有可能产生磨损和破损的问题，影响转轮转动的效率。第三，在转轮的焊接过程中，叶片以转轴为中心均匀分布，在每个叶片焊接时，每个叶片的焊点必须精准，以保证转轮在运转过程中不因叶片的脱焊和偏心而产生故障[2]。
（三）电网控制中心负荷不稳定
当水电机组并网运行后，接入用户电网后，水电机组的频率、相位和电压必须与用户电网时刻保持一致。然而用户电网的负荷是实时变化的，为了确保水电机组与用户电网的一致性，就必须通过电网系统的控制中心对混流式水轮机的转速作实时调整，转轮由于负荷的变化，转速时刻在产生变化，长期使用中加剧磨损和破损，对混流式水轮机的稳定运行产生了影响。
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二、解决大型混流式水轮机稳定性的对策
（一）改进和完善转轮的制造工艺技术
大型混流式水轮机的转轮为将水的压力转换成旋转的动能，通过主轴传输到水电机组，转轮在水力发电过程中起着重要的作用，转轮的制造工艺技术是否合理和完善直接影响混流式水轮机的稳定运行，继而影响水力发电的质量和效率，对转轮的制造工艺技术进行改进和完善具有非常重要的意义[3]。第一，提升叶片铸造的技术，通过结合计算机仿真技术，控制铸造时的温度、流量，避免叶片铸造后产生气孔、夹渣等不良现象；第二，提升转轮焊接质量，通过结合计算机焊接仿真技术，控制焊接时的温度，避免转轮焊接后产生应力集中、残余变形等不良问题；第三，严格控制转轮焊接和装配后的动平衡，结合计算机技术对焊接的位置进行精准定位，将叶片的焊接位置控制在有效误差范围之内，对焊接后的转轮展开动平衡的计算，保证转轮的重心与旋转中心重合，从而保证转轮的动平衡。
（二）对用户电网进行统筹调度
水电机组并网运行后，应由用户电网的控制中心对电网负荷的变化进行统筹调度，确保水电机组的混流式水轮机运行的稳定性。用户电网控制中心要对水电机组进行统一、协调的管理，当用户电网的负荷产生变化时，应将负荷产生的变化平均分配到每个水力发电机，使混流式水轮机的转速产生均匀的变化，而不是忽高忽低的变化，这样在不同情况下各个水力发电机都能稳定、安全的运行，同时也延长了水电机组的使用寿命。
（三）合理控制混流式水轮机的转速
混流式水轮机在正常运行过程中，转速越快固然能产生更大的动能，从而转换为更多的电能。但是在长期使用过程中，高速运转容易让混流式水轮机产生磨损和疲劳，直接影响水力发电的质量的效率，因此要采取相应的措施控制混流式水轮的转速，使其能稳定的运行，确保水力发电的质量和效率。第一，通过混流式水轮机的蜗壳对水流的压力、频率进行适当控制，以确保混流式水轮机的转动平稳，速度适中。第二，通过在水力发电机中加装速度调节器，对混流式水轮机的转速进行实时调整，确保混流式水轮机的转速平衡和速度适中[4]。
（四）减少水电机组的开停机频率，加强水电机组的在线检测
水电机组的开机和停机业务对混流式水轮的稳定运行产生不利影响。应在使用过程中减少水电机组的开机和停机次数。一方面通过并网运行后的用户电网，对水电机组的电能输出进行适时调控和调配，避免因用户电网负荷变化致使水电机组的个别机组重新开机和停机；一方面通过控制混流式水轮机的转速适当调节电能的输出，以适应用户电网的负荷实时变化，避免水电机组的开机和停机。
要通过用户电网的控制中心对各个水电机组的频率、电压和相位进行实时的监测，以获得及时和准确的水电机组的相关参数，当发出水电机组的运行异常后，通过控制中心发出指令调整混流式水轮机的转速来调整水电机组的稳定性；同时要对混流式水轮机的轴承的稳定性、主轴系统的转动平衡性、转轮的动平衡等进行及时检测。
结语
混流式水轮机能将水流的压力和脉动转化为主轴的旋转动能，继而将持续稳定的动能转化为电能，混流式水轮机的稳定运行直接影响水力发电的质量和效率。混流式水轮机的稳定运行受水力因素、转轮制造工艺技术、用户电网负荷变化等诸多因素的影响。要控制混流式水轮机的稳定运行，一方面要通过合理调控用户电网的负荷变化，使水电机组的混流式水轮机稳定运行；一方面要改进和完善混流式水轮机中转轮的制造工艺技术，提升转轮的质量稳定性和有效性。水力发电具有无污染和成本低的特点，在给人们提供源源不断的电能量输出的同时也保护了自然环境，符合国家的可持续发展战略，相关研究者应致力于水力发电的探索，促进水力发电的长足发展。
参考文献
[1]黄小飞.影响混流式水轮机稳定性的因素与应对措施[J].科技视界,2013,(23):145-145.
[2]张锴.关于水轮机稳定性问题探讨[J].中国新技术新产品,2013,(04):162.
[3]张秉章.浅析影响混流式水轮机运行稳定性的因素及其措施[J].装饰装修天地,2016,(6):490.
[4]谢红军.浅析大型混流式水轮机水力的稳定性[J].科技视界,2013,(24):305.
论文作者:马玉根
论文发表刊物:《电力设备》2017年第9期
论文发表时间:2017/8/2
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