摘要：本文對於單級混流可逆式水泵水輪機組額定水頭選擇目前還沒有較為成熟的方法，本文通過對電站執行情況、電網特點、水泵水輪機特性、經濟性等方面，結合已建工程實際情況，分析額定水頭選擇的方法。
關鍵詞：單級混流可逆式水泵水輪機組額定水頭 電站額定水頭是水輪機發出額定功率所需要的最小水頭。對於單級混流可逆式水泵水輪機組，由於自身的特點，額定水頭選擇與常規電站有較大的區別，不僅僅是考慮電站設計保證率問題。單級混流可逆式水泵水輪機組額定水頭的選擇要從有利於機組執行、電力系統對電站執行方式的要求、水庫執行方式及綜合利用要求、電站的經濟性等因素綜合考慮確定。1從電站實際執行情況考慮額定水頭 1.1根據電站能量指標確定額定水頭 在電力系統中，為滿足供電質量的要求，電量必須是平衡的。這也就要求有一部分機組必須擔任調峰任務，至使這些機組的利用小時數只能達到1000～2000h。根據胡振鵬等同志以jx電網為例，分析不同裝機利用小時與上網電價關係可以說明，當日利用小時小於6.5h時，抽水蓄能機組上網電價才比燃煤火電低，日本的池田洋一先生在對抽水蓄能電站、燃汽輪機組電站與燃煤火電站等的執行成本與裝機利用小時數進行分析後，也得出同樣的規律。從經濟角度講，蓄能電站的執行時間不可能很長，主要擔任峰荷。根據國外蓄能電站的執行經驗來看，蓄能電站主要是以事故備用、調峰、填谷為主，一般情況下，電站實際的年利用小時數在800～1000h左右，有的甚至會更低。蓄能電站實際執行小時數遠達不到設計值，國內投產的電站也是如此。如廣蓄一期設計利用小時數為1983h，而實際利用小時數僅有1000h左右，十三陵抽水蓄能電站設計利用小時數為1558h，而實際利用小時數僅有900h。在單級混流可逆式水泵水輪機組額定水頭方案選擇時，可以以在上水庫滿庫條件下，機組滿負荷發電3h容量不受阻為原則確定額定水頭，作為比較方案之一。1.2根據水庫執行方式確定額定水頭 在抽水電量有保證的前提下，電站出力的保證主要取決於電站水頭的變化狀況。機組的額定水頭如能接近或等於電站最小水頭，在機組位於低水頭範圍內能夠安全穩定執行的條件下，電站保證出力為機組額定功率。對於單機混流可逆式水泵水輪機組，由於其本身特點，額定水頭往往比最小水頭高，在進行額定水頭選擇時，應根據電站所在電網水電比重、電站在電力系統的作用，以及電站執行方式和庫容條件等，綜合確定電站的額定水頭。 從我國已投入執行的十三陵抽水蓄能電站、廣州抽水蓄能電站、天荒坪抽水蓄能電主站執行情況分析，上水庫降至死水位的機率是很小的。從十三陵抽水蓄能電站99年4月至2000年6月上水庫執行水位統計，上水庫無一天降至死水位，最低水位降至533.3m，距死水位531m還有2.3m，上水庫執行水位在平均水位548.5m以上的天數佔統計總天數的79.7%。在進行單級混流可逆式水泵水輪機組額定水頭選擇時，可把上水庫平均水位對應的水頭作為一個比較方案。2從有利於機組執行方面選擇額定水頭 單級混流式水泵水輪機組，是以水泵工況為主進行設計的，由於水泵與水輪機工況共用一個轉輪，它們之間存在固定的水力學關係，所以水輪機工況特性關係曲線只能在很小的範圍變化，這樣使水輪機工況的設計受到很大程度的制約，水輪機工況不可能處於最優工作狀態。對於同一個蓄能電站來講，在相同水位條件下，水泵的揚程總是高於水輪機水頭，如果水泵水輪機在相同轉速下執行，水泵工況的最優效率點對應的揚程比水輪機工況最優效率點對應的水頭要低，水泵水輪機設計希望能縮小兩者差距，以便使水泵和水輪機工況均能處於較好執行狀態。在上、下水庫特徵水位確定時，應儘量減少水位的變幅，縮小水泵工況最大揚程與水輪機工況最小水頭差距，使機組在各水頭下都能較好的執行，增大機組執行穩定範圍。水泵水輪機選型可以以水泵工況為主，水輪機工況來校核，根據水泵工況模型的特性曲線，將水泵工況執行在高效區來確定水泵轉輪直徑d1和轉速n，以d1和 n為已知條件，根據水輪機的模型特性曲線來校核水輪機工況最大、設計、最小水頭的效率，進而確定水輪機工況在各水頭對應的出力。如果水輪機額定水頭選取過低，水輪機效率偏低，不能達到額定容量，這時只能通過增大單位流量來解決，在電動－發電機視在功率相等前提下，使水泵工況設計點揚程降低，從而降低水泵的執行效率；如果水輪機工況額定水頭選取過高，雖然可以使水輪機工況具有較高的.效率，增加發電量，但在電站執行時，低水頭出現機率很多，受阻容量相對較大，對電網執行不利。所以，額定水頭確定應充分考慮水泵水輪機特點合理選擇。對於單級混流可逆式水泵水輪機組來講，首先應滿足穩定的執行。單機混流可逆式水泵水輪機組執行穩定性可分為水泵工況和水輪機工況。額定水頭的選擇主要是對水輪機工況穩定執行影響較大，機組執行中壓力脈動和尾水管渦帶均是考察機組水輪機工況執行穩定性重要指標，機組額定水頭提高可以改善水輪機工況滿負荷執行時機組壓力脈動和減小尾水管渦帶。但額定水頭選擇過高，受阻容量較大，對電站經濟執行不利。根據以往工程經驗，機組額定水頭可以採用下式進行計算： hr= h毛min ＋k (h毛max－h毛min)－△h 式中： hr －電站額定發電水頭； h毛max －電站最大毛水頭； h毛min－電站最小毛水頭； △h－發電工況水頭損失； k－係數。上式中，只有k為不確定因素，通過圖１對國內外一些大型抽水蓄能電站進行統計分析結果可以看出，我國設計抽水蓄能電站k值一般在0.2～0.5，而日本電站對機組穩定執行因素考慮的更多些，k一般在0.5～0.9之間。