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貫流式水輪發電設備從1892年開始研制的，至今有一百多年歷史。20世紀80年代以來，燈泡貫流式水輪機組在我國應用日益普及，20m水頭段以下已進入實用性階段。我國擁有豐富的水能資源，發展水電的資源優勢相當突出。 一、燈泡貫流式機組特點 1.燈泡貫流式機組優勢 單位容量投資相對較低。燈泡貫流式的水輪發電機組為水平布置，開挖深度相對較淺，引水管路較短，大壩高度較小，總的土建工程量相對較小，因此，土建投資相對較低。另外，低水頭電廠所在位置一般地勢較平坦，離城市較近，設備運輸線路平坦而且距離較短，現場施工和設備安裝也更方便，降低了有關費用，還可縮短工期，從而實現提前發電的目的。 水資源相對豐富。一般一條河流上游在山區，水頭高，適合開發建設高水頭電廠，而下游一般在平原地區，水頭低，一般適合修建低水頭電廠。這使得下游低水頭電廠徑流量大，克服了其單位電量耗水大的劣勢。 機組效率高。燈泡貫流機組軸線是水平安裝的，沒有混流機組一樣的蝸殼，流道由圓錐形導水機構和直錐擴散形尾水管組成從流道進口到尾水管出口，水流沿水平軸向幾乎呈直線流動，水流平順，水力損失小，效率高。另外，貫流式水輪機為雙調節機組，機組的發電工況可由導葉調節水流量大小，再通過協聯關系，由漿葉調節機組效率。因此，這種雙調節機組能適應水頭變化率大的電廠，而保證其高效率運行，甚至在極低水頭時也能穩定運行（如超低水頭1.5 m以下）。 運行成本相對較低。低水頭電廠往往位于經濟發達、人口稠密的平原或河谷地區，輸電線路投資較少；可充分利用城市資源（如零件加工、物流等），減少不必要的投資；其緊急停機方式一般采用在導水機構上加裝重錘，當調速器等設備故障時，利用重錘自動將導葉關閉，重錘方式設備簡單，每年的維護工作很少；汽蝕比高水頭電廠相對而言輕微，年維護費也較少。 社會效益更大。低水頭電廠一般可實現發電、防洪、供水、航運等綜合利用功能，其社會效益相對高水頭電廠而言更大。另外，低水頭電廠由于位于地勢較平坦的地區，它的大壩可同時作為當地交通橋梁，這樣就不必另外修建橋梁。 2.燈泡貫流式機組不足 單位電量耗水多。由于其運行水頭低，根據水輪機功率公式P=9·8ηQH可知，要想發同樣的功率P，水頭H越少，機組流量Q就必須越大，即與高水頭機組（H大）相比，同樣的裝機容量P，需要更大的流量Q。也就是說，發同樣多的電量，低水頭貫流機組比高水頭混流機組需更多的水。 體積相對較大，導水機構易出故障。由于其水頭低，與高水頭立式混流機相比，單位容量的額定流量大得多，其體積自然也大得多。特別是導水機構部分，導葉、拐臂、連桿等體積和重量也隨之增加。 油系統比較復雜。由于低水頭燈泡貫流機組為雙調節機組，油壓操作系統包括導葉調節和漿葉調節兩部分（高水頭的混流機組只有導葉調節部分）。其中，漿葉調節部分的設備包括受油器、轉動的中操作油管、結構復雜的轉輪體，這些設備故障機率大，影響發電。 大壩較長，泄水閘部分投資較多。低水頭電廠一般修在河面較寬的位置，因此大壩較長，泄水閘門較多，每扇閘門都需要配套的啟閉機及控制操作柜，這一部分的投資與廠房及發電設備的投資比率接近0.8∶1.0（高水頭電廠約為0.4︰1）。 流量太大時往往被迫停機。低水頭電廠由于上下游水位差本來不大，當入庫流量太大時，開閘泄水，上下游水位差就更少，此時只能停機（而高水頭電廠在開閘泄水時只影響發電負荷，一般不需停機）。 垃圾較多，影響發電。低水頭電廠由于河流已流過上游多座城市，垃圾自然多，對環境影響較大，且影響水輪發電機功率輸出；另外，有時為了清污，被迫停機拉閘泄水排污。 安裝及大修難度大。由于貫流機組的主軸為水平安裝，定子、轉子和導水機構等大件需翻身吊裝才能就位，安裝和檢修難度大大增加。平時小修，如空冷風機、空冷器和受油器等維修也較困難。 庫區投入多。修建低水頭貫流機組電廠，為減少移民搬遷及交通設施等淹沒賠償，通常要在庫區兩岸修建一定長度的防洪大堤和抽水泵站，這些設施每年的運行維修費也較高。 二、我國燈泡貫流式機組的發展 我國研制大、中型燈泡貫流式水輪發電機組的起步較晚，但發展很快，從20個世紀80年代初到現在，可以分為五個發展階段。 摸索、試制階段。這個階段的代表為1984年投產的我國自行研制的廣東白垢電站的機組（轉輪直徑5.5m、單機容量10MW），它是我國自行研制大、中型燈泡貫流式機組的始祖。由于是試驗機組，機組投產后，生產廠家及科研院所進行了各方面的測試，取得了很多非常寶貴的第一手資料。 進口設備階段。20個世紀80年代初，在引進湖南馬跡塘的燈泡貫流式機組以后，我國開始了較大規模的研制工作，取得了寶貴經驗，這是我國在大、中型燈泡貫流式機組的設計制造發展史上的第一級臺階。 消化、吸收階段。20世紀90年代初，通過消化吸收后，生產了轉輪直徑5.8m、單機容量18MW的廣東英德白石窯機組，是我國在大、中型燈泡貫流式機組的設計制造發展史上的第二級臺階。 引進技術、合作生產制造階段。20世90年代后期，單機容量從20MW、30MW到40MW的大型機組的需求不斷出現。我國最大的水輪發電機組制造和研究單位哈爾濱電機廠、東方電機廠也加入了研究制造的行列，世界著名廠商如富士電機、阿爾斯通等跨國公司介入國內水輪發電機組制造業的激烈市場競爭和技術合作。通過引進、消化和吸收國外的先進技術，大量先進的獨具特色的燈泡貫流機組設計、制造技術被引進。與國外公司合作生產了廣西百龍灘電站機組（6×32MW、DI=6.4m、富士一富春江、1996年投產）和廣西貴港電站機組（4×30MW、Dl=6.9m、ABB一東電、1999年投產），引進了湖南大源渡機組（4×30MW、Dl=7.5m、維奧、l998年投產）和廣東飛來峽機組（4×35MW、Dl=7.0m、維奧、l999年投產）。 全面提升階段。2000年以來，燈泡貫流式機組的生產制造進入了第五個發展階段，可自行設計、制造大型燈泡貫流式機組，技術得到全面提升。2001年東方電機廠四川紅巖子電站機組（3×30MW、Dl=6.4m、東電）投產、2003年四川桐子壕電站機組（3×36MW、Dl=6.8m、東電）、青海尼那電站（4×40MW=160MW、DI=6.0m、由天津阿爾斯通設計制造）和湖南洪江電站（5×45MW=225MW、Dl=5.46m、前兩臺由日立一ABB聯合設計制造、后三臺由哈電制造）投產，標志著我國已能生產單機容量30～45MW等級的機組，并已具備生產更大容量燈泡機組的能力。（未完待續） （國家能源局能源節約和科技裝備司） |
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燈泡貫流式機組發展概況（一）
發布時間：2012-02-07
來源：國家能源局
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