熊建平，陳燕新，陳梁年

（東芝水電設(shè)備（杭州）有限公司，浙江 杭州 310020）

1 前言

保持導(dǎo)葉開度與槳葉開度協(xié)聯(lián)關(guān)系是燈泡貫流式水輪機(jī)運(yùn)行的基本要求，直接關(guān)系到水輪機(jī)運(yùn)行的效率、機(jī)組的穩(wěn)定性及使用壽命。燈泡貫流式水輪機(jī)水頭低，水頭波動(dòng)相對(duì)水頭所占百分比較大，容易引起機(jī)組負(fù)荷的較大波動(dòng)，也可能產(chǎn)生異常的振動(dòng)和噪聲。

實(shí)際工程中，燈泡貫流式水輪機(jī)應(yīng)注意保證在合同規(guī)定的水頭及功率限制范圍內(nèi)運(yùn)行，并盡可能使運(yùn)行工況為協(xié)聯(lián)工況或接近協(xié)聯(lián)工況，以充分利用水能，避免異常的振動(dòng)和噪聲，滿足水輪機(jī)空化性能要求。有的水電站由于運(yùn)行人員對(duì)協(xié)聯(lián)工況的理解存在偏差，機(jī)組運(yùn)行經(jīng)常嚴(yán)重偏離協(xié)聯(lián)工況，導(dǎo)致水輪機(jī)出現(xiàn)異常的振動(dòng)、噪音及空化現(xiàn)象，嚴(yán)重危害電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

下面將從多個(gè)方面對(duì)燈泡貫流式水輪機(jī)導(dǎo)葉與槳葉協(xié)聯(lián)關(guān)系相關(guān)問題進(jìn)行探討。

2 導(dǎo)葉與槳葉協(xié)聯(lián)關(guān)系含義

導(dǎo)葉與槳葉協(xié)聯(lián)關(guān)系可根據(jù)電站所用水輪機(jī)模型綜合特性曲線來進(jìn)行相似換算確定。

2.1 根據(jù)GB相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)理解導(dǎo)葉與槳葉協(xié)聯(lián)關(guān)系的含義

GB/T 15468-2006《水輪機(jī)基本技術(shù)條件》中對(duì)導(dǎo)葉與槳葉的協(xié)聯(lián)關(guān)系沒有明確定義，但在該規(guī)范的3.10.4款中對(duì)水輪機(jī)模型綜合特性曲線定義時(shí)，明確綜合特性曲線“繪在以單位轉(zhuǎn)速和單位流量為縱坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)，表示模型水輪機(jī)效率等性能的等值曲線，對(duì)于特定電站應(yīng)表示出運(yùn)行范圍?！保⑶摇皩?duì)于導(dǎo)葉和槳葉雙調(diào)節(jié)的水輪機(jī)還應(yīng)表示出協(xié)聯(lián)工況下導(dǎo)葉開度、葉片轉(zhuǎn)角和空化系數(shù)的等值線”。

據(jù)此，燈泡貫流式水輪機(jī)導(dǎo)葉與槳葉的協(xié)聯(lián)關(guān)系可理解為水輪機(jī)模型綜合特性曲線中某一單位轉(zhuǎn)速n11（對(duì)應(yīng)電站某一水頭）下水輪機(jī)具有某一效率時(shí)所對(duì)應(yīng)的導(dǎo)葉開度、槳葉開度。如圖1所示，實(shí)際上，在水輪機(jī)模型綜合特性曲線范圍內(nèi)任何一點(diǎn)的導(dǎo)葉開度α、槳葉開度β都是協(xié)聯(lián)關(guān)系工況點(diǎn)，該工況對(duì)應(yīng)的是某一單位轉(zhuǎn)速n11、單位流量Q11、水輪機(jī)效率值η、空化系數(shù)σ等，這些值可從曲線中插值得到，并可換算為原型水輪機(jī)相關(guān)參數(shù)。

2.2 根據(jù)綜合特性曲線繪制方法理解導(dǎo)葉與槳葉協(xié)聯(lián)關(guān)系的含義

我們從水輪機(jī)相關(guān)教科書中可以清楚地知道水輪機(jī)模型導(dǎo)葉與槳葉的協(xié)聯(lián)曲線是如何繪制在綜合特性曲線中的。下面以圖2示例作簡(jiǎn)要說明。

圖2 某一單位轉(zhuǎn)速時(shí)試驗(yàn)測(cè)量確定導(dǎo)葉與槳葉協(xié)聯(lián)關(guān)系示例

模型試驗(yàn)時(shí)，針對(duì)某一單位轉(zhuǎn)速n11（對(duì)應(yīng)電站某一水頭），在每個(gè)槳葉開度β時(shí)進(jìn)行不同導(dǎo)葉開度α的模型效率試驗(yàn)，所得的數(shù)據(jù)可繪制圖2所示水輪機(jī)效率η包絡(luò)線，該線上任何一點(diǎn)所對(duì)應(yīng)著一個(gè)協(xié)聯(lián)工況點(diǎn)，該協(xié)聯(lián)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的水輪機(jī)效率η、導(dǎo)葉開度α、槳葉開度β、水輪機(jī)單位流量Q11等可以通過數(shù)據(jù)插值得到。

圖2僅示意了3個(gè)槳葉開度。為了繪制出準(zhǔn)確的、完整的效率包絡(luò)線，應(yīng)在數(shù)量足夠的不同的槳葉開度下進(jìn)行不同導(dǎo)葉開度工況點(diǎn)試驗(yàn)，采集足夠的模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)，以確保能利用計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)曲線的精準(zhǔn)繪制及得到可靠的數(shù)據(jù)插值。

同樣在不同的單位轉(zhuǎn)速（對(duì)應(yīng)電站不同的水頭）重復(fù)進(jìn)行上述試驗(yàn)測(cè)量，可得到對(duì)應(yīng)的效率包絡(luò)線，利用這些效率包絡(luò)線及插值得到的協(xié)聯(lián)工況點(diǎn)數(shù)據(jù)，可繪制出圖1所示水輪機(jī)模型綜合曲線，包括等效率曲線、等導(dǎo)葉開度線、等槳葉開度線等。

從圖2所示效率包絡(luò)線中b點(diǎn)及f點(diǎn)的效率示意，可以清楚地表明，在槳葉開度為小開度或大開度時(shí)水輪機(jī)協(xié)聯(lián)工況時(shí)協(xié)聯(lián)工況點(diǎn)的效率并不一定是該槳葉開度下的最高效率，但均接近最高效率。這也為電站現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行協(xié)聯(lián)試驗(yàn)尋找協(xié)聯(lián)工況點(diǎn)提供了依據(jù)。協(xié)聯(lián)試驗(yàn)時(shí)可在某一水頭下，不同槳葉開度時(shí)依據(jù)模型綜合特性曲線換算得到的原型導(dǎo)葉開度附近進(jìn)行不同導(dǎo)葉開度下的相關(guān)試驗(yàn)。

2.3 水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線中的導(dǎo)葉與槳葉協(xié)聯(lián)關(guān)系

電站水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線是根據(jù)其模型水輪機(jī)綜合特性曲線進(jìn)行換算而繪制的，如圖3所示，其中也包括了對(duì)應(yīng)的導(dǎo)葉與槳葉的協(xié)聯(lián)關(guān)系。圖中可以直觀地找到某一水頭下水輪機(jī)不同功率的工況點(diǎn)（也即協(xié)聯(lián)工況點(diǎn)）對(duì)應(yīng)的導(dǎo)葉開度、槳葉開度。運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線中的導(dǎo)葉開度、槳葉開度表示方式一般與水輪機(jī)模型綜合特性曲線中的表示方式一致，如：圖3采用角度表示，也可用開口值表示。

圖3 某電站水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線示例

2.4 水輪機(jī)導(dǎo)葉與槳葉協(xié)聯(lián)曲線繪制及理論延展優(yōu)化

將水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線中的導(dǎo)葉開度、槳葉開度協(xié)聯(lián)關(guān)系分別換算成電站導(dǎo)葉相對(duì)開度與槳葉相對(duì)開度的協(xié)聯(lián)關(guān)系曲線，如圖4所示。圖中導(dǎo)葉相對(duì)開度是指水輪機(jī)的導(dǎo)葉開度換算到導(dǎo)葉接力器行程并除以導(dǎo)葉接力器總行程的百分比、槳葉相對(duì)開度是指槳葉開度換算到槳葉接力器行程并除以槳葉接力器總行程的百分比。

圖4 電站水輪機(jī)導(dǎo)葉與槳葉協(xié)聯(lián)關(guān)系曲線及理論延展優(yōu)化示例

圖4中的橢圓虛線框內(nèi)包括的部分是協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化延展，即把導(dǎo)葉相對(duì)開度及槳葉相對(duì)開度均延展到0開度（導(dǎo)葉、槳葉全關(guān)位置），實(shí)際上這增加的部分是沒有進(jìn)行模型試驗(yàn)的，不能從模型綜合特性曲線中得到。這樣做的好處是便于調(diào)速器從導(dǎo)葉及槳葉全關(guān)開度至協(xié)聯(lián)工況開度的平穩(wěn)過渡，不會(huì)突然從全關(guān)位置跳轉(zhuǎn)到較大的導(dǎo)葉開度及槳葉開度，避免機(jī)組在這些過渡工況產(chǎn)生劇烈振動(dòng)。

要注意的是，協(xié)聯(lián)曲線中一般標(biāo)有水輪機(jī)最小功率限制線、額定功率限制線、最大功率限制線。對(duì)于水輪機(jī)最大功率與額定功率相同的機(jī)組，高于額定水頭的最大功率限制線與額定功率限制線重合。機(jī)組應(yīng)禁止在最大功率限制線（額定功率限制線）外運(yùn)行，同時(shí)盡量避免長時(shí)間在最小功率限制線以下運(yùn)行。實(shí)際機(jī)組運(yùn)行時(shí)以給定不同水頭下機(jī)組功率（發(fā)電機(jī)功率）范圍的方式來限定（注：機(jī)組功率Nf=水輪機(jī)功率Nr×發(fā)電機(jī)效率ηf）。

3 協(xié)聯(lián)關(guān)系曲線中水頭的正確理解

在清楚上述導(dǎo)葉開度與槳葉開度的協(xié)聯(lián)關(guān)系含義后，只有正確理解導(dǎo)葉與槳葉協(xié)聯(lián)關(guān)系曲線中水頭的含義，才能較準(zhǔn)確地給定調(diào)速器所用協(xié)聯(lián)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的水頭，使機(jī)組運(yùn)行時(shí)能處于協(xié)聯(lián)運(yùn)行工況或接近協(xié)聯(lián)運(yùn)行工況。

3.1 協(xié)聯(lián)關(guān)系對(duì)應(yīng)的水輪機(jī)水頭的含義

GB/T 15468-2006《水輪機(jī)基本技術(shù)條件》中對(duì)水輪機(jī)水頭的定義是：“水輪機(jī)做功用的有效水頭，為水輪機(jī)進(jìn)、出口斷面的總單位能量差”。我們常將這一有效水頭俗稱為凈水頭。

水輪機(jī)凈水頭是水輪機(jī)進(jìn)口和出口的比能差。從原理上來說包括三個(gè)方面，進(jìn)出口測(cè)量面壓力勢(shì)能差（即差壓變送器測(cè)量值）、進(jìn)出口測(cè)量面相對(duì)于基準(zhǔn)面高程差和進(jìn)出口測(cè)量面動(dòng)能差。

在模型試驗(yàn)時(shí)，采用電磁流量計(jì)精確測(cè)量機(jī)組各工況下的流量，在精確計(jì)算進(jìn)出口斷面面積的基礎(chǔ)上，計(jì)算得到進(jìn)出口斷面流速，因此可精確計(jì)算水輪機(jī)凈水頭。而水輪機(jī)模型綜合特性曲線上的單位轉(zhuǎn)速即是由此凈水頭換算得到的。

圖4中導(dǎo)葉與槳葉協(xié)聯(lián)關(guān)系曲線中的水頭是水輪機(jī)凈水頭，如果電站水頭給定與協(xié)聯(lián)曲線中的水頭不能對(duì)應(yīng)，則按圖4給定的協(xié)聯(lián)關(guān)系，實(shí)際上是不可能在協(xié)聯(lián)工況下運(yùn)行的。

有的技術(shù)文件中把電站水輪機(jī)的進(jìn)出口斷面的壓力差的差壓變送器描述為“測(cè)量水輪機(jī)凈水頭的差壓變送器”，這本身并不能算錯(cuò)，但如果直接把它測(cè)量得到的壓力差等同于水輪機(jī)協(xié)聯(lián)關(guān)系曲線中的水頭則是有偏差的、不適合的。該壓力差是壓力勢(shì)能差，并未考慮動(dòng)能方面的影響因素。如果要將此值引入調(diào)速器當(dāng)作凈水頭使用，則需要根據(jù)凈水頭含義結(jié)合其他測(cè)量參數(shù)進(jìn)行相關(guān)換算才可能。

另外，差壓測(cè)量數(shù)值受測(cè)壓管長度、彎頭數(shù)量、殘留氣體雜質(zhì)、測(cè)壓座是否堵塞及水壓波動(dòng)等因素影響，與實(shí)際數(shù)值可能存在較大偏差，并且對(duì)于同一電站的不同機(jī)組在同一時(shí)刻所得到的壓差值也可能各不相同，難以采信，一般僅作為進(jìn)出口壓力變動(dòng)的參考值，建議不要使用。

3.2 燈泡貫流式水輪機(jī)凈水頭的常用給定方式

從燈泡貫流式機(jī)組實(shí)際運(yùn)行來說，水輪機(jī)運(yùn)行水頭（凈水頭）通?？刹捎谩皟羲^=毛水頭-進(jìn)出口水力損失”來給定，即“凈水頭=上游水位H1-下游水位H2-水頭損失ΔH”。這里的水頭損失是指上游水位到機(jī)組進(jìn)口測(cè)壓斷面之間、尾水管出口測(cè)壓斷面至尾水下游水位之間由于流道的原因引起的額外水力損失，主要是指機(jī)組進(jìn)口攔污柵至進(jìn)口測(cè)壓斷面之間的水力損失，尾水管出口閘門處引起的水力損失也可適當(dāng)考慮。

根據(jù)貫流式水輪機(jī)電站現(xiàn)場(chǎng)協(xié)聯(lián)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，一般水頭損失ΔH可取一個(gè)定常值，由于電站實(shí)際不同及各機(jī)組安裝位置不同，可給定的水頭損失可略有差異，這主要是由于電站的各臺(tái)機(jī)組安裝位置不同而可能引起的實(shí)際尾水位存在差異所致，具體給定水頭損失值可最終根據(jù)水輪機(jī)現(xiàn)場(chǎng)協(xié)聯(lián)調(diào)試試驗(yàn)來確定。

通常一段時(shí)間內(nèi)，上、下游水位是相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值，水位測(cè)量的變送器裝在水位相對(duì)平穩(wěn)的位置，能實(shí)時(shí)反映電站上、下游水位的變化，上、下游水位差送去一個(gè)恒定的水力損失，得到的“凈水頭”值是較穩(wěn)定值，接近水輪機(jī)真實(shí)凈水頭。

要注意的是當(dāng)進(jìn)口攔污柵阻塞嚴(yán)重，攔污柵前后水壓差超出一定值時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行清理，否則給定的水頭將偏差真實(shí)凈水頭較大，也即導(dǎo)致水輪機(jī)運(yùn)行工況與協(xié)聯(lián)運(yùn)行工況偏差較大。

4 現(xiàn)場(chǎng)協(xié)聯(lián)調(diào)試及優(yōu)化方法

燈泡貫流式水輪機(jī)應(yīng)按廠家給定的導(dǎo)葉與槳葉協(xié)聯(lián)關(guān)系運(yùn)行，并且水頭采用廠家認(rèn)可的方式給定，以便水輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行盡可能接近協(xié)聯(lián)工況。由于大中型燈泡貫流式水輪機(jī)大多進(jìn)行全流道模擬的模型試驗(yàn)，原型水輪機(jī)協(xié)聯(lián)關(guān)系是通過模型換算（包括進(jìn)行導(dǎo)葉接力器行程與導(dǎo)葉開度換算、槳葉接力器行程與槳葉開度換算）得到的，精度非常高，理論上可不進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

工程實(shí)際中，由于水頭測(cè)量或給定不準(zhǔn)確、水輪機(jī)制造偏差及流道差異等其他原因，如：原型水輪機(jī)與模型水輪機(jī)存在相似性偏差、導(dǎo)葉及槳葉加工及安裝存在偏差等。一般還是建議電站進(jìn)行協(xié)聯(lián)優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，對(duì)協(xié)聯(lián)曲線進(jìn)行修正 。

燈泡貫流式水輪機(jī)現(xiàn)場(chǎng)協(xié)聯(lián)試驗(yàn)一般采用固定槳葉開度，改變導(dǎo)葉開度的方式進(jìn)行（方法1），也可以采用固定導(dǎo)葉開度、改變槳葉開度的方式進(jìn)行（方法2），方法1是模型試驗(yàn)時(shí)常用方式，方法2用在大導(dǎo)葉開度時(shí)比較方便。下面僅對(duì)方法1調(diào)試試驗(yàn)及相關(guān)要求進(jìn)行簡(jiǎn)單說明。

4.1 協(xié)聯(lián)調(diào)試基本條件及要求

協(xié)聯(lián)調(diào)試前應(yīng)進(jìn)行必要的準(zhǔn)備和檢查：

（1）電站水頭及上、下游水位滿足機(jī)組規(guī)定的運(yùn)行范圍要求；

（2）機(jī)組及相關(guān)設(shè)備工作正常，用于試驗(yàn)的所有表計(jì)應(yīng)標(biāo)定合格；

（3）調(diào)速器工作正常，無異常抽動(dòng)現(xiàn)象；水輪機(jī)凈水頭信號(hào)引入調(diào)速器后就能夠按廠家給定的協(xié)聯(lián)曲線運(yùn)行；

（4）停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行復(fù)核檢查，確認(rèn)調(diào)速器中保存的協(xié)聯(lián)數(shù)據(jù)與制造廠提供的協(xié)聯(lián)曲線或數(shù)據(jù)一致；

（5）機(jī)組協(xié)聯(lián)試驗(yàn)時(shí)其他機(jī)組宜停機(jī)或帶部分負(fù)荷運(yùn)行，以避免上、下游水位的波動(dòng)偏大，滿足水頭的波動(dòng)應(yīng)不超過平均值的±1%要求；

（6）試驗(yàn)應(yīng)具備充分的安全措施。

4.2 協(xié)聯(lián)關(guān)系優(yōu)化前驗(yàn)證試驗(yàn)

協(xié)聯(lián)調(diào)試試驗(yàn)前應(yīng)進(jìn)行必要的協(xié)聯(lián)驗(yàn)證試驗(yàn)：

（1）調(diào)速器協(xié)聯(lián)自動(dòng)，開機(jī)并網(wǎng)，帶負(fù)荷，從導(dǎo)葉、槳葉小開度到大開度，選擇數(shù)個(gè)合適點(diǎn)驗(yàn)證，記下每個(gè)驗(yàn)證點(diǎn)的上下游水位、導(dǎo)葉開度、槳葉開度、機(jī)組負(fù)荷。

（2）根據(jù)機(jī)組負(fù)荷、振動(dòng)和噪聲情況，綜合分析，確認(rèn)是否需要優(yōu)化協(xié)聯(lián)關(guān)系。

4.3 協(xié)聯(lián)調(diào)試及協(xié)聯(lián)優(yōu)化

協(xié)聯(lián)調(diào)試試驗(yàn)及協(xié)聯(lián)優(yōu)化的步驟：

（1）根據(jù)電站上、下游水位，給定水頭（水頭H=上游水位－下游水位－ΔH）對(duì)照廠家給出的協(xié)聯(lián)曲線進(jìn)行調(diào)試，ΔH由廠前事先預(yù)給定，試驗(yàn)后可進(jìn)行必要調(diào)整。

（2）調(diào)速器在給定水頭下自動(dòng)協(xié)聯(lián)。打開導(dǎo)葉，槳葉隨動(dòng)至指定的槳葉相對(duì)開度后，改現(xiàn)地手動(dòng)操作，保持槳葉相對(duì)開度不變，在此時(shí)的導(dǎo)葉相對(duì)開度的附近可通過手動(dòng)緩慢開啟或關(guān)閉導(dǎo)葉，調(diào)整導(dǎo)葉相對(duì)開度，仔細(xì)尋找機(jī)組負(fù)荷較大、振動(dòng)最小、噪聲最輕的工況點(diǎn)，并記錄該點(diǎn)上下游水位、導(dǎo)葉開度、槳葉開度、機(jī)組負(fù)荷、導(dǎo)軸承（包括發(fā)導(dǎo)和水導(dǎo)）水平及垂直振動(dòng)、合同規(guī)定測(cè)試位置的噪音等。

（3）協(xié)聯(lián)改自動(dòng)。打開導(dǎo)葉，槳葉隨動(dòng)至下一個(gè)指定槳葉相對(duì)開度后，再改手動(dòng)，保持槳葉相對(duì)開度不變，開啟或關(guān)閉導(dǎo)葉，按（1）～（2）的步驟尋找該點(diǎn)最佳協(xié)聯(lián)數(shù)據(jù)。

（4）要注意的是調(diào)試時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定情況。結(jié)合協(xié)聯(lián)關(guān)系曲線中給定的水輪機(jī)功率限制線，注意保證機(jī)組功率不得超出電站機(jī)組規(guī)定的最大功率，防止意外損害水輪發(fā)電機(jī)組。

（5）根據(jù)協(xié)聯(lián)調(diào)試數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算分析，作成圖5所示試驗(yàn)曲線，確定各槳葉開度下協(xié)聯(lián)關(guān)系的導(dǎo)葉開度。從圖5可以清楚地看出，在某一槳葉開度β時(shí)調(diào)節(jié)導(dǎo)葉開度，其中協(xié)聯(lián)的效率曲線上的效率點(diǎn)不一定是該槳葉開度時(shí)的最高效率點(diǎn)，但至少是接近最高效率點(diǎn)。

圖5 某水頭下水輪機(jī)效率與功率關(guān)系協(xié)聯(lián)試驗(yàn)示圖

（6）將（5）中得到的協(xié)聯(lián)關(guān)系繪制到廠家給出的協(xié)聯(lián)曲線中進(jìn)行對(duì)比，以確定協(xié)聯(lián)關(guān)系調(diào)整的趨勢(shì)。

（7）根據(jù)多個(gè)水頭下協(xié)聯(lián)優(yōu)化的規(guī)律，對(duì)廠家給出的原協(xié)聯(lián)關(guān)系各水頭下曲線進(jìn)行優(yōu)化，并輸入調(diào)速器中。

5 協(xié)聯(lián)關(guān)系相關(guān)問題研討

5.1 調(diào)速器輸入水頭選取誤區(qū)

調(diào)速器輸入的水頭應(yīng)與廠家給出的水頭定義相當(dāng)。如果電站水頭給定不準(zhǔn)確，則按廠家給出的協(xié)聯(lián)曲線運(yùn)行顯然是達(dá)不到協(xié)聯(lián)運(yùn)行的要求的，甚至運(yùn)行在振動(dòng)較大、噪音異常、空化嚴(yán)重的工況。因此，需要重視并避免水頭給定的誤區(qū)，如：把機(jī)組進(jìn)出口斷面壓差直接當(dāng)作電站凈水頭的方式。

實(shí)際上，我們通過同一時(shí)刻觀察、記錄電站多臺(tái)機(jī)組進(jìn)出口斷面的變送器壓差可能看到，各臺(tái)機(jī)組壓差可能都存在較大的差異，這是由于測(cè)量管路安裝、測(cè)差頭是否堵塞等多種因素的差異造成的。另外，機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后若測(cè)壓管路出現(xiàn)局部堵塞情況也將導(dǎo)致變送器壓差出現(xiàn)誤差?？梢?，從多方面來分析，均不應(yīng)當(dāng)把進(jìn)出口斷面壓差直接當(dāng)作低水頭的貫流機(jī)水頭輸入調(diào)速器。

5.2 調(diào)速器自動(dòng)水頭輸入及自動(dòng)協(xié)聯(lián)可行性

調(diào)速器水頭按照“H=上游水位-下游水位-ΔH（給定某一恒定值）”給定，ΔH一般由廠家預(yù)給定，按此方式接入水頭信號(hào)，調(diào)速器按此得到的水頭在廠家給出的協(xié)聯(lián)關(guān)系曲線上采用計(jì)算機(jī)計(jì)算插值的方法運(yùn)行在導(dǎo)葉開度與槳葉開度匹配的各協(xié)聯(lián)工況點(diǎn)。

考慮到上下游水位的實(shí)時(shí)波動(dòng)，調(diào)速器可設(shè)定水頭波動(dòng)在某一范圍內(nèi)時(shí)不進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免導(dǎo)葉、槳葉的不停抽動(dòng)，實(shí)際上可理解為在上、下游水位小波動(dòng)范圍內(nèi)為近似協(xié)聯(lián)運(yùn)行，這樣也便于運(yùn)行工況的相對(duì)穩(wěn)定。

目前，國內(nèi)調(diào)速器廠家大多能達(dá)到上述水輪機(jī)水頭輸入給定要求。調(diào)速器采用自動(dòng)采集輸入的方式是可行的。這樣可以減小電站運(yùn)行操作人員手動(dòng)給定水頭的工作量，如果手動(dòng)給定水頭，則必須要求電站運(yùn)行操作經(jīng)常關(guān)注水頭的變化情況，以保證機(jī)組盡可能運(yùn)行在接近協(xié)聯(lián)運(yùn)行的工況。

5.3 同一電站不同機(jī)組協(xié)聯(lián)關(guān)系中水頭損失設(shè)置差異

由于上、下游水位測(cè)量的變送器設(shè)置在水位波動(dòng)較小、方便安裝的位置，又由于同一電站各臺(tái)機(jī)運(yùn)行時(shí)下游尾水管實(shí)際尾水位受到邊岸、擋水墻等的影響而有所不同，各機(jī)組實(shí)際運(yùn)行水頭可能是有差異的，所以可采用不同的ΔH取值來進(jìn)行調(diào)整。ΔH的實(shí)際取值，可通過電站現(xiàn)場(chǎng)協(xié)聯(lián)調(diào)試試驗(yàn)來最終給定。

5.4 機(jī)組各運(yùn)行水頭下功率限制的嚴(yán)格控制

機(jī)組在不同水頭下運(yùn)行時(shí)，特別需要注意的是，電站應(yīng)充分考慮機(jī)組運(yùn)行功率限制線，包括各水頭下最大功率及最小功率，并有效地進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行控制。例如：在低于額定水頭又與額定水頭相差不多的水頭運(yùn)行時(shí)，加大導(dǎo)葉開度、槳葉開度，可能仍然達(dá)到額定功率的，但這時(shí)可能空化情況嚴(yán)重，機(jī)組振動(dòng)、噪音也可能明顯增大，也可能由于該處效率變化大、工況不穩(wěn)而導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷周期性出現(xiàn)較大的波動(dòng)，這將縮短機(jī)組壽命，甚至危害電站安全穩(wěn)定運(yùn)行。避免在此類工況運(yùn)行的方法是充分考慮該水頭下的功率限制、適當(dāng)減少負(fù)荷運(yùn)行。

5.5 機(jī)組負(fù)荷周期性波動(dòng)原因分析

電站在某些工況下運(yùn)行時(shí)，機(jī)組負(fù)荷可能產(chǎn)生明顯的周期性波動(dòng)，個(gè)別電站有某種工況下可能出現(xiàn)波動(dòng)較大的情況。現(xiàn)對(duì)其原因分析如下：

機(jī)組負(fù)荷的基本計(jì)算公式為：

Nf=Nr×ηf=γ×H×Q×ηt×ηf

其中，Nf— 機(jī)組功率（kW）；

Nt—水輪機(jī)功率（kW）；

ηf—發(fā)電機(jī)效率；

ηt—水輪機(jī)效率；

γ—水的比重（9.81 kN/m3）；

H—水頭（m）；

Q—流量（m3/s）。

從上述公式中可見，機(jī)組負(fù)荷在某一時(shí)段內(nèi)周期性波動(dòng)較大的原因無非是水頭H、流量Q、水輪機(jī)效率的變化較大造成的（在機(jī)組某一功率附近，可把發(fā)電機(jī)效率當(dāng)作一恒定參數(shù)來對(duì)待）：

（1）協(xié)聯(lián)關(guān)系的不斷調(diào)整：上、下游水位波動(dòng)較大，調(diào)速器為了機(jī)組發(fā)某一預(yù)定功率而發(fā)出指令，頻繁調(diào)整導(dǎo)葉開度、槳葉開度，導(dǎo)致實(shí)際水頭（壓差）變化較大、流量變化較大，導(dǎo)致負(fù)荷的周期性變化；

（2）工況水力不穩(wěn)定，周期性變化較大：水頭給定不準(zhǔn)確、水輪機(jī)偏離協(xié)聯(lián)工況運(yùn)行、機(jī)組在機(jī)組運(yùn)行范圍外運(yùn)行（包括在水輪機(jī)功率限制線外運(yùn)行），均可能導(dǎo)致運(yùn)行工況不穩(wěn)定，從而使負(fù)荷周期性變化較大；

（3）進(jìn)水口攔污柵影響：由于機(jī)組長時(shí)間運(yùn)行后攔污柵沒能得到及時(shí)處理，水頭測(cè)量與實(shí)際水頭偏差較大，或者堵塞物使進(jìn)口水流發(fā)生周期性變化，這都可能導(dǎo)致水頭變化或水輪機(jī)嚴(yán)重偏離協(xié)聯(lián)工況運(yùn)行，使機(jī)組負(fù)荷產(chǎn)生周期性變化；

（4）尾水出口建筑物設(shè)置或障礙物影響：由于機(jī)組尾水管出口建筑物或障礙物對(duì)水流的影響，導(dǎo)致尾水管出口水流壓力周期性波動(dòng)，使實(shí)際水頭周期性變化。如：某電站在尾水閘門后上側(cè)設(shè)置了魚道，經(jīng)觀察，在某工種工況下，魚道橫梁對(duì)尾水出流產(chǎn)生了周期性阻礙，可以看到此時(shí)水浪周期性反沖魚道橫梁，導(dǎo)致尾水出口壓力產(chǎn)生了較大的波動(dòng)，此時(shí)，機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)非常明顯。

5.6 機(jī)組異常振動(dòng)噪音相關(guān)分析及改善

從可查閱到的目前國內(nèi)外燈泡貫流式機(jī)組的相關(guān)論文以及我公司一些電站機(jī)組協(xié)聯(lián)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)來看，機(jī)組協(xié)聯(lián)與振動(dòng)、噪音存在一定的關(guān)系，協(xié)聯(lián)工況運(yùn)行時(shí)機(jī)組振動(dòng)、噪音相對(duì)較小，但偏離協(xié)聯(lián)工況較多運(yùn)行時(shí)往往振動(dòng)、噪音較大，甚至異常增大。因此，電站應(yīng)盡可能使機(jī)組協(xié)聯(lián)或接近協(xié)聯(lián)運(yùn)行。另外，在水輪機(jī)合同規(guī)定運(yùn)行范圍外或是電站上游蓄水位還未達(dá)到合同要求時(shí)，機(jī)組運(yùn)行也可能導(dǎo)致異常的振動(dòng)和噪音，此時(shí)導(dǎo)葉與槳葉的開度也可能不能直接從水輪機(jī)模型綜合曲線中得出，因此也無所謂導(dǎo)葉與槳葉協(xié)聯(lián)工況運(yùn)行，此時(shí)對(duì)導(dǎo)葉與槳葉開度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整是必要的。

電站機(jī)組如果出現(xiàn)異常振動(dòng)、噪音，其改善對(duì)策需要進(jìn)行針對(duì)性的檢查、試驗(yàn)研究才能確定。可能的檢查、改善措施如下：

（1）檢查確認(rèn)機(jī)組在合同規(guī)定的運(yùn)行范圍內(nèi)運(yùn)行，并且機(jī)組在協(xié)聯(lián)或接近協(xié)聯(lián)的工況運(yùn)行。另外，應(yīng)確認(rèn)機(jī)組運(yùn)行時(shí)電站上、下游水位是否在合同規(guī)定的范圍內(nèi)。注意運(yùn)行工況應(yīng)嚴(yán)格控制在機(jī)組功率的限制范圍內(nèi)，并協(xié)聯(lián)運(yùn)行，既充分發(fā)揮水輪機(jī)的水力性能，又有效降低機(jī)組的振動(dòng)、噪音，保證機(jī)組的使用壽命。

（2）導(dǎo)葉和槳葉不宜頻繁調(diào)節(jié)，運(yùn)行工況應(yīng)保持相對(duì)穩(wěn)定，避免機(jī)組流態(tài)紊亂，機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)較大。對(duì)于燈泡貫流式水輪機(jī)，水頭變化相對(duì)水頭占較大比重，如果水頭產(chǎn)生了較小的變化，就進(jìn)行水輪機(jī)導(dǎo)葉、槳葉的調(diào)整，以達(dá)到某一給定的功率，則機(jī)組可能需要頻繁調(diào)節(jié)，此時(shí)，應(yīng)給定水頭變化達(dá)到一定值（需考慮協(xié)聯(lián)影響，由廠家給定）時(shí)再發(fā)出導(dǎo)葉、槳葉調(diào)節(jié)指令的類似調(diào)節(jié)方案，避免頻繁調(diào)節(jié)。

（3）檢查確認(rèn)機(jī)組進(jìn)、出口流道是否對(duì)水流有異常阻礙，以排除流道原因產(chǎn)生的異常情況。

（4）機(jī)組正常運(yùn)行做負(fù)荷調(diào)節(jié)時(shí)，導(dǎo)葉的開關(guān)速率可以適當(dāng)降低，以配合槳葉的開關(guān)速率讓機(jī)組負(fù)荷變化過程中盡可能都很好的協(xié)聯(lián)運(yùn)行，避免機(jī)組負(fù)荷大波動(dòng)調(diào)整時(shí)，出現(xiàn)失協(xié)聯(lián)振動(dòng)以及逆功率調(diào)節(jié)現(xiàn)象。

（5）如果同一電站多臺(tái)機(jī)組中僅某臺(tái)機(jī)組出現(xiàn)了異常振動(dòng)及噪音，則還需要對(duì)轉(zhuǎn)輪各槳葉的制造組裝角度的一致性進(jìn)行復(fù)查，確保符合設(shè)計(jì)要求。如：國內(nèi)某高水頭燈泡貫流式電站曾經(jīng)出現(xiàn)一臺(tái)機(jī)因?yàn)楦鳂~組裝角度不一致的原因產(chǎn)生水力不平衡導(dǎo)致的異常振動(dòng)、噪音。

6 結(jié)語

燈泡貫流式水輪機(jī)導(dǎo)葉開度與槳葉開度保持協(xié)聯(lián)關(guān)系是電站機(jī)組運(yùn)行的基本要求，協(xié)聯(lián)關(guān)系的正確理解、協(xié)聯(lián)使用水頭的正確設(shè)定是關(guān)鍵。本文從模型水輪機(jī)及原型水輪機(jī)的導(dǎo)葉與槳葉協(xié)聯(lián)關(guān)系的含義進(jìn)行了較詳細(xì)說明，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)協(xié)聯(lián)調(diào)試及優(yōu)化方法進(jìn)行了介紹，同時(shí)對(duì)協(xié)聯(lián)關(guān)系相關(guān)問題進(jìn)行了研討，供貫流式水輪機(jī)設(shè)計(jì)、運(yùn)行相關(guān)人員參考。