滩坑水电站1号机组振动区试验研究及分析

郭智俊,王卫玉

(浙江浙能水电管理有限公司，杭州　310020)



滩坑水电站1号机组振动区试验研究及分析

郭智俊,王卫玉

(浙江浙能水电管理有限公司，杭州310020)

摘要：滩坑水电站作为区域负荷的调峰调频电站，保证机组的稳定运行具有重要意义。为划分1号混流式机组的安全稳定运行区域，通过真机试验的方法对机组进行了典型水头下的变转速、变励磁和变负荷试验，试验结果表明机组的整体运行稳定性良好，最终将机组的运行区域划分为小负荷区、涡带工况区和大负荷区。关键词：混流式机组；振动；试验

0前言

随着水电机组单机容量的不断增大，运行稳定性问题日益受到人们的关注。机械因素、电气因素和水力因素是影响水电机组运行稳定性的三大因素[1-3]。当机组偏离最优工况运行时，可能会引起机组的不稳定运行，进而可能导致机组振动，情况严重时甚至威胁到电站和运行人员的安全[4-7]。真机试验方法[8-9]能够有效地找出机组可能存在的不稳定因素，避免机组因异常振动而导致的不良后果，同时能够获得机组的稳定运行区域，为机组的安全运行提供指导。以往主要通过计算机仿真实验获得机组的运行性能指标，真机试验可以有效地验证计算机仿真结果。目前，国内多家水力发电企业对机组的运行稳定性进行了研究，找出了机组存在的不稳定运行区域，为电站的安全运行提供了保障[10-13]。为此，本文通过对滩坑水电站1号混流式机组进行典型水头下多种工况的真机试验，对机组的转动和固定部件振动，以及水轮机过流部件的水力因素进行分析，从而找出机组的振动区域和稳定运行区域，为电网调度和电站运行提供参考[14-15]。

1机组参数及试验概况

滩坑水电站位于浙江省青田县境内的瓯江支流小溪中游河段，距大溪、小溪汇合口约26 km。电站接近电网负荷中心，其水库总库容(校核洪水位以下)41.90亿m3，具有多年调节能力，它是瓯江流域水电梯级开发中的一座重要骨干电站。电站引水系统采用单机单管的隧洞引水方式，装设3台200 MW混流式水轮发电机组，分别于2008年8月16日、2009年2月12日、2009年7月10日投产发电。本次试验以1号机组为试验对象，表1列出了1号机组的主要参数。

表1　滩坑水电站1号机组参数表

试验主要包括变转速、变励磁和变负荷，每个工况稳定3～5 min，试验数据通过现场安装的水轮发电机组状态监测分析系统读取[16]，部分数据采用千分表读数进行校正。

2试验结果分析

2.1变转速

变转速试验是检验机组是否存在机械不平衡的有效手段。通过多个典型水头下的变转速试验，1号

图1　试验水头114.8 m下机组振动摆度平均峰峰值图

图2　不同水头下上机架X、Y向振动平均峰峰值图

机组的振动摆度趋势大体一致，图1展示了114.8 m水头下，机组多个测点的振动摆度平均峰峰值随转速变化的趋势图。从图1中可以看出，上机架、下机架、定子机架和顶盖各向的振动幅值随转速的变化趋势并不明显，转速较小时，随着转速的升高，幅值逐渐增大，随后转速继续升高，振动幅值趋于平缓，平均峰值均未超过80 μm；上导、下导和水导各向摆度平均峰峰值随着转速的变化，整体幅值波动较小，在低转速范围内，随着转速的升高，幅值逐渐增大，在较高转速时，幅值波动趋于平缓，没有较大变化，摆度幅值主要在80～160 μm之间波动。从整体分析可以看出，机组不存在明显的机械不平衡现象。

2.2变励磁

由于机组电磁方面产生的干扰力而引起的振动，并可能导致机组的不稳定运行，这种振动称为机组的电磁振动(电气振动)。变励磁试验可以有效检验出机组是否存在异常的电磁振动。图2为4个不同试验水头下，上机架X向和Y向振动平均峰峰值随励磁变化的趋势图。从图2可以看出，上机架各向的振动幅值的离散性较小，随着励磁电压的变化，幅值波动较小，没有出现异常且较大振动幅值，同时随着试验水头的不同，上机架振动没有呈现出明显的变化规律。通过分析机组其他部件的振动摆度值(受篇幅限制，未列出)，与上机架的变化趋势较为一致。通过分析可以认为，1号机组不存在异常电气振动的。

2.3变负荷

在影响机组振动的三大因素中，水力振动有可能会给电站的安全运行带来更大的影响。变负荷试验主要检验机组是否存在不稳定的水力振动，尤其是由低频涡带引起的尾水管压力脉动。表2给出了121.61 m水头下，部分测点在不同负荷工况下的振动摆度及压力脉动平均峰峰值。随着负荷的不断增加，上机架、下机架、定子机架和顶盖各向的振动幅值逐渐减小，小负荷区域内，幅值最大，进入大负荷区域后，幅值波动较小，趋于稳定；

表2　　　　水头为121.61 m部分测点的振动摆度及压力

图3　滩坑水电站1号机组运行稳定区域划分图

上导、水导和下导各向摆度幅值与机组振动趋势一致，即随着负荷的不断增加，幅值逐渐减小；压力脉动的变化趋势不同于机组的振动摆度变化，随着负荷的增加，压力脉动先增大后减少，在负荷80～120 MW之间，出现最大值，在105 MW工况下，尾水管进人门测点处，压力脉动幅值为281 kPa。

通过频谱分析，80～120 MW区间内，尾水管内的压力脉动主频与机组振动摆度频率一致，同时多个测点处的振动摆度值在此区间内出现了局部峰值，可以认为，尾水管的压力脉动引起的机组振动摆度变化。

3机组运行区域划分

通过对1号机组试验数据的分析处理，其过程涵盖了变转速、变励磁和变负荷等多种工况，研究发现机组主要受水力因素的影响和限制，为此，将机组的全负荷范围划分为3个区域：小负荷区、涡带工况区和大负荷区，如图3所示。

3.1小负荷区

小负荷区主要是指从空载工况至涡带工况下限的区域。1号机组小负荷区域的上限约为60～80 MW。在此区间内，尾水管内的压力脉动幅值较小，机组的振动和摆度幅值出现最大值。根据运行经验，机组在此区间内的效率较低，不宜长期运行。

3.2涡带工况区

涡带工况区主要是由于尾水管低频涡带引起较大的压力脉动，进而引起机组的振动和摆度增大，造成机组的不稳定运行。1号机组涡带工况区约为85～135 MW。在此区间内，机组尾水管内出现较大的压力脉动幅值，其主频多为低频成份，同时出现在机组的振动和摆度幅值的主频信号中，机组应避开该区域运行。

3.3大负荷区

大负荷区主要是指涡带工况上限至额定负荷之间的区域。

在大负荷区内，机组运行稳定良好，机组效率较高。机组振动摆度幅值均小于小负荷区和涡带工况区，其信号主频主要为机组转频，同时尾水管内的压力脉动也趋于平缓。该区域是机组的最佳运行区间，建议在此区间运行。

4结语

通过对滩坑水电站1号机组振动区试验研究，对机组的运行稳定区域进行了划分，包括小负荷区、涡带工况区和大负荷区。小负荷区内机组振动摆度较大、效率较低；涡带工况区内，机组出现较大的压力脉动幅值，造成机组的振动摆度幅值增大；大负荷区内机组运行稳定性良好，建议机组在大负荷区内运行。由于试验条件有限，全面掌握机组的运行稳定性，需要在更多的水头下进行。

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Study and Analysis on Tests of Vibration Range of Unit 1, Tankeng Hydropower Station

GUO Zhijun, WANG Weiyu

(Zhejiang Zheneng Hydropower Management Co., Ltd., Hangzhou310020, China)

Abstract:As a station to regulate peak and frequency of the regional load, it is significant to secure the stable operation of units of Tankeng Hydropower Station. To identify the safety and stable operation range of the mixed flow unit 1, variable rotation speed, variable excitation and variable load under typical head are tested on true unit. The test results show that the integrated unit operation stability is excellent. Finally, the unit operation range is divided into low-load range, partial load range and high load range.Key words:mixed flow unit; vibration; test

文章编号：1006—2610(2016)03—0069—03

收稿日期：2016-01-30

作者简介：郭智俊(1981- )，男，山东省安丘市人，工程师，主要从事水电站运行维护管理工作.

中图分类号：TV737

文献标识码：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.03.018