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摘要：对于部分地区电网系统，通常会要求水轮发电机组进行调相运行，而决定调相运行成功与否的关键，是调相压气系统配置是否合理，尤其在国际工程中，如何合理配置压气罐及空压机更是咨询工程师关注的重点。满足美国《EM 1110-2-4205-Hydroelectirc Power Plants Mechanical Design》规范，并结合本工程特点，我公司设计了孔多克里夫水电站调相压气系统，对今后类似工程具有一定的借鉴和指导意义。
关键词：调相压气系统;EM规范;国际工程中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2020）-08-296
前言
对于部分地区的电网，为提高系统功率因数，时常要求水轮发电机组做调相运行，以补充电网的无功功率，水轮发电机组作为无功补偿设备时具有设备投资少、工况转换快、无功功率调节范围大、消耗有功功率小等优点，因此在部分电网中应用较多。调相运行时为减少机组有功消耗，同时降低机组震动，需要设置调相压水系统，将机组尾水管中的水体压至转轮以下，从而使水轮机转轮在空气中旋转，根据国内一些电站的实际统计，满发时，转轮在水中旋转约为有功功率的15%左右，在空气中旋转约为4%左右[1]。
阿根廷圣克鲁斯河孔多克里夫水电站为坝后式水电站，装设有5台混流式水轮发电机组，机组额定水头为57.9m，单机容量为190MW，总装机容量950MW，工程主要任务是发电。
调相压气系统设计
根据厂家资料，本电站压水容积为184.9m3。本电站机组尺寸较大，为减少贮气罐容积，压气系统采用中压压气系统，压力等级为7.0MPa。机组尾水管内气压较低，考虑节约能耗，补气采用低压压缩空气系统，同时兼顾厂内低压气系统，压力等级采用0.8MPa。
（1）尾水管内调相压水绝对充气压力
根据电站所在地高程及尾水位与转轮室下压水位之间的水位差，计算得知调相压水充气压力为0.26MPa。
（2）调相压水贮气罐容积计算
调相压水贮气罐的容积计算有两种算法：
认为调相压水过程为定温过程，计算时考虑压缩空气的利用系数，利用系数采用统计法确定，统计已运行电站压缩空气利用系数的取值范围，取利用系数为0.6，则贮气罐总容积计算为11.7m3。
认为调相压水过程为多变过程，多变指数亦根据已运行电站进行统计得出。贮气罐总容积计算如下：
式中：n多变指数，取n=1.2，据有关资料对运转中真机系统实测结果，与本计算公式相应的n值为1.0～1.18，为留有一定的裕量，取n=1.2。
根据上述公式计算贮气罐计算容积为13m3。取贮气罐计算容积为13m3。
（3）中压空压机生产率计算
据以上计算结果，贮气罐恢复压力时间（min）一般取30～60min，确定空压机生产率为14.23～28.47m3/min。
（4）机组调相工况转轮室漏气量
精确估算漏气量较为困难，主要漏气为主轴密封漏气和导叶漏水引起，基于设计目的，由主轴密封引起的漏气可以被控制到一个较小的流量，补偿导叶漏水所需气量约为3L/s/m×导叶分布圆直径[2]，本电站导叶分布圆直径为7.4m，考虑一定安全系数，单台机组导叶漏气量为4.3m3/min，本电站存在5台机组同时调相运行的工况，则最大漏气量为21.6m3/min。
调相压气系统设备选择
（1）贮气罐选择
根据计算，机组压气用贮气罐容积Vg=13m3。电站采用单元压气方式，每台机组配置2台Vg=7m3的壓气用贮气罐，同时在空压机出口配置1台Vg=7m3的缓冲用贮气罐。
（2）空压机选择
根据计算，压气用空压机Q=14.2～28.5m3/min，选用3台Q=10m3/min，7.0MPa的水冷式空压机。
补气用空压机Q=21.6m3/min，考虑实际运行中机组漏气量不确定性较大，且兼顾厂内低压气系统，选用4台Q=8.0m3/min，0.7MPa的空冷式空压机。
经验与结语
调相系统设计过程中，对于系统设计，应根据电站特点进行分析论证，本电站压气和补气可采用不同的压力等级，即节约能源也便于设备布置，贮气罐的容积计算采用两种计算方式，对计算进行比对，确保贮气罐容积选择的可靠性，同时贮气罐选材时，充分考虑压水过程中的低温冲击，选用低温压力容器用材质，在后续工程设计时具备参考意义。
对于尾水管漏气，本电站漏气量参考EM规范所提要求进行计算，鉴于其与水轮机设计、制造、安装、运行条件等均相关，理论计算结果误差较大，因此，尾水管漏气量应参考同类电站数据，并结合水轮机制造厂相关参数得出。
本电站压气系统和补气系统分为两种压力等级，可减小设备体积，降低设备布置难度，同时提高了系统能效和设备使用寿命。
参考文献
[1]韦应发，水电站机组调相运行过程的水位测量，电站系统工程，第25卷第2期
[2] EM 1110-2-4205-Hydroelectirc Power Plants Mechanical Design
（中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300222）
关键词：调相压气系统;EM规范;国际工程中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2020）-08-296
前言
对于部分地区的电网，为提高系统功率因数，时常要求水轮发电机组做调相运行，以补充电网的无功功率，水轮发电机组作为无功补偿设备时具有设备投资少、工况转换快、无功功率调节范围大、消耗有功功率小等优点，因此在部分电网中应用较多。调相运行时为减少机组有功消耗，同时降低机组震动，需要设置调相压水系统，将机组尾水管中的水体压至转轮以下，从而使水轮机转轮在空气中旋转，根据国内一些电站的实际统计，满发时，转轮在水中旋转约为有功功率的15%左右，在空气中旋转约为4%左右[1]。
阿根廷圣克鲁斯河孔多克里夫水电站为坝后式水电站，装设有5台混流式水轮发电机组，机组额定水头为57.9m，单机容量为190MW，总装机容量950MW，工程主要任务是发电。
调相压气系统设计
根据厂家资料，本电站压水容积为184.9m3。本电站机组尺寸较大，为减少贮气罐容积，压气系统采用中压压气系统，压力等级为7.0MPa。机组尾水管内气压较低，考虑节约能耗，补气采用低压压缩空气系统，同时兼顾厂内低压气系统，压力等级采用0.8MPa。
（1）尾水管内调相压水绝对充气压力
根据电站所在地高程及尾水位与转轮室下压水位之间的水位差，计算得知调相压水充气压力为0.26MPa。
（2）调相压水贮气罐容积计算
调相压水贮气罐的容积计算有两种算法：
认为调相压水过程为定温过程，计算时考虑压缩空气的利用系数，利用系数采用统计法确定，统计已运行电站压缩空气利用系数的取值范围，取利用系数为0.6，则贮气罐总容积计算为11.7m3。
认为调相压水过程为多变过程，多变指数亦根据已运行电站进行统计得出。贮气罐总容积计算如下：
式中：n多变指数，取n=1.2，据有关资料对运转中真机系统实测结果，与本计算公式相应的n值为1.0～1.18，为留有一定的裕量，取n=1.2。
根据上述公式计算贮气罐计算容积为13m3。取贮气罐计算容积为13m3。
（3）中压空压机生产率计算
据以上计算结果，贮气罐恢复压力时间（min）一般取30～60min，确定空压机生产率为14.23～28.47m3/min。
（4）机组调相工况转轮室漏气量
精确估算漏气量较为困难，主要漏气为主轴密封漏气和导叶漏水引起，基于设计目的，由主轴密封引起的漏气可以被控制到一个较小的流量，补偿导叶漏水所需气量约为3L/s/m×导叶分布圆直径[2]，本电站导叶分布圆直径为7.4m，考虑一定安全系数，单台机组导叶漏气量为4.3m3/min，本电站存在5台机组同时调相运行的工况，则最大漏气量为21.6m3/min。
调相压气系统设备选择
（1）贮气罐选择
根据计算，机组压气用贮气罐容积Vg=13m3。电站采用单元压气方式，每台机组配置2台Vg=7m3的壓气用贮气罐，同时在空压机出口配置1台Vg=7m3的缓冲用贮气罐。
（2）空压机选择
根据计算，压气用空压机Q=14.2～28.5m3/min，选用3台Q=10m3/min，7.0MPa的水冷式空压机。
补气用空压机Q=21.6m3/min，考虑实际运行中机组漏气量不确定性较大，且兼顾厂内低压气系统，选用4台Q=8.0m3/min，0.7MPa的空冷式空压机。
经验与结语
调相系统设计过程中，对于系统设计，应根据电站特点进行分析论证，本电站压气和补气可采用不同的压力等级，即节约能源也便于设备布置，贮气罐的容积计算采用两种计算方式，对计算进行比对，确保贮气罐容积选择的可靠性，同时贮气罐选材时，充分考虑压水过程中的低温冲击，选用低温压力容器用材质，在后续工程设计时具备参考意义。
对于尾水管漏气，本电站漏气量参考EM规范所提要求进行计算，鉴于其与水轮机设计、制造、安装、运行条件等均相关，理论计算结果误差较大，因此，尾水管漏气量应参考同类电站数据，并结合水轮机制造厂相关参数得出。
本电站压气系统和补气系统分为两种压力等级，可减小设备体积，降低设备布置难度，同时提高了系统能效和设备使用寿命。
参考文献
[1]韦应发，水电站机组调相运行过程的水位测量，电站系统工程，第25卷第2期
[2] EM 1110-2-4205-Hydroelectirc Power Plants Mechanical Design
（中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300222）