「云上小水电」直播回顾：小水电绿色新型调桨技术研究及应用

水利部 生态环境部关于加强长江经济带小水电站生态流量监管的通知

文号：水电[2019]241号

（一）坚持生态优先、绿色发展的原则，组织开展小水电站生态流量确定、泄放设施改造、生态调度运行、监测监控等工作，切实加强长江经济带小水电站（单站装机5万千瓦及以下）生态流量监督管理，尽快健全保障生态流量长效机制，力争在2020年底前全面落实小水电站生态流量。

（十）要按照“兴利服从防洪、区域服从流域、电调服从水调”的原则，建立健全干支流梯级水电站联合调度或协作机制，统筹协调上下游水量蓄泄方式，协同解决好全流域生态用水问题。以综合利用功能为主的小水电站，要统筹供水、灌溉用水要求开展生态调度运行。

（十一）对枯水期河流水文情势影响大的小水电站，应当改变发电运行方式，推动季节性限制运行。当小水电站取水处的天然来水小于或等于生态流量时，天然来水流量应当全部泄放；当来水小于生态流量与最小引水发电流量之和时，优先保障生态流量，必要时还应当停止发电。

（十二）县级水行政主管部门应当会同生态环境部门，以河流或县级区域为单元，于2022年以前对小水电站生态流量泄放情况进行评估，根据河流来水条件和来水过程，结合鱼类、湿地等敏感保护对象的不同时段用水需求，在维护河流生态系统健康的基础上，提出取水许可审批监管和生态调度运行要求。小水电站按此要求优化调度运行方式，合理安排拦河设施的下泄水量和流量过程，重点保障枯水期及鱼类繁殖期等特殊时期下游基本生态用水需要。

1）各型水轮机功率范围

（2）转桨式水轮机与定桨式水轮机适应范围

（1）轴流式机组

适用范围：H=3~90 m

单机容量：0.05MW~200MW

特     点：适用于较低水头、大流量，尺寸小，过流断面大

轴流转桨：水头低、水头变幅大、出力变幅大

（2）贯流式机组

适用范围：H=2~25 m  Q=4~900m³/s

单机容量：0.1MW~90MW

特     点：适用于低水头、大流量、机构紧凑

贯流转桨：水头低、水头变幅大、出力变幅大

对比轴流式机组：效率高、结构简单、施工方便、尺寸小、土建投资少、运行方式多、见效快

（3）水轮机的水头和比转速

比转速：代表同一系列水轮机在相似工况下运行的综合性能。同一轮系中的水轮机，当其工作水头等于1m，出力等于1kW时所具有的转速。

优   势：对于相同尺寸水轮机，提高比转速可提高出力，或者可以采用较小尺寸的水轮机发出相同的出力，可使零部件受力减少，即减少零部件的尺寸，可以提高机组动能

采用新型调桨技术的水轮机就是提高比转速的一个有效措施

（1）拆机调桨

停机状态下，将水轮机吊出，将桨叶调整至适合角度。

需要停机将水轮机吊出，拆装困难、费时费力，实际上等同于定桨，并且在使用时间长后存在机械间隙增加，影响安全运行，基本不能满足随时调节桨叶角度和安全运行的需要。

（2）手动停机机械调桨

通过机械连杆在停机状态下手动调整桨叶角度。

调节需在停机进行，这不仅麻烦费力，而且调节频率低，同时也存在运行时间长后机械间隙增加、拉杆断裂的现象，使用效果不佳。

（3）不停机机械调桨

通过机械调节系统在不停机状态下手动调节桨叶角度。

不停机机械调桨虽然结构简单、操作方便，但调节器轴承容易发热烧损，工作可靠性差。同时也存在运行时间长后机械间隙增加、拉杆断裂的现象，使用效果不佳。

（4）传统液压调桨

通过液压调节系统在不停机状态下手动或自动调节桨叶角度。

液压调桨需配套外供油设备，采用受油器结构，结构复杂、造价昂贵，对旋转器件的密封要求高，对应有油压有限制，使用油压范围在6.3MPa以下，受油器使用年限短，维护成本高、工作量大，普遍存在漏油问题，漏油污染环境，并常引起操作油压不稳定，只适用于大中型转桨式水轮机。

（5）改进型油压调桨1

 桨叶接力器位于转轮体的外部，与机组的转子支架固接,靠近受油器。由于受油器、桨叶接力器的小型化和外置化并辅以集、漏油接收系统，确保液压油不可能进入转轮内部，提高了操作油压,使结构简化、体积大大的减小、降低了成本;又根除了对下游河流的油污染的现状，使运行与维护变得十分的方便易行。

受油器的内壁与受油器的活塞之间具有间隙，受油器油腔中的压力油可以通过受油器内壁与受油器活塞的间隙之间流出，从而造成压力油的浪费。

（6）改进型油压调桨2

需要调节桨叶角度时，调速器协联导叶和桨叶调节器，并通过集电环2控制液压阀组17开启，蓄能器21向油缸7供高压油，活塞23带动活塞杆9作轴向位移，进而带动调节杆12作调节动作。在这过程中，位移传感器25能及时的将调节杆12的轴向位移通过集电环2传至调速器，决定是否终止调节动作；当蓄能器21内的油压低于设定值时，液压站18自动启动，为蓄能器21充油。

• 内置压力油源

• 油压等级16MPa

• 集油源、压力提升、换向控制于一体

• 调桨装置环抱主轴安装

• 接力器可安装于大轴顶部、中部、底部

• 电控控制

• 桨叶受油及液压控制

• 桨叶开度传感器

• 转轮叶片

根据水轮机模型试验绘制模型综合特性曲线，采集水头、导叶开度、桨叶开度、负荷等数据信息，按照特性曲线，桨叶角度随导叶开度、水头的变化而相应调整。通过现场试验，测试出机组的最优协联曲线，再通过对水轮机调节系统的修正，完成对协联曲线的校正，从而提高转浆式水轮机的效率。

（1）改造范围

（2）改造流程

• 渠道引水式电站

• 装机容量：3*400kW轴流定桨式水轮机

• 水头：设计水头11m，最高12.4m，最低10.8米

• 额定流量（本站）：13.5m³/s（3x4.5m³/s）

• 额定流量（上游站）：15.9m³/s（3x4.3m³/s+2m³/s）

• 生态流量：1m³/s左右，需保障灌溉需求

• 水轮机型号：ZD560B-LH-100

• 发电机型号：SF400-14/1730

（1）改造实景

（1）发电功率

（2）导叶开度

• 机组选型时采用标准型谱表，无法完全与电站实际情况匹配，通过定制化的转轮参数设计可提高机组发电效率7%~8%。

• 新型数控加工工艺相比传统手工加工工艺可提高机组发电效率2%~3%。

• 定桨机组额定范围75%~100%，在75%额定以下效率会明显下降，调桨系统在35%~100%范围内均可保持高效发电，额定区间外可提高发电效率20%以上。

• 大部分机组生态流量时不能发电，通过桨叶调节可实现生态下泄流量时连续发电。

• 丰水期有水量富余时，通过桨叶调节可实现超发5%~30%（超发比例高时需要考虑定子线圈的耐受能力）。

• 定子线圈和绝缘改造提高容量和绝缘等级，新材料叶片加工提高抗空蚀能力，水导轴承和主轴密封改造提高密封水平，调桨控制系统提高机组自动化水平。