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　　AGC方式調(diào)度運行對水輪發(fā)電機組振動影響研究任樂鳴1求曉明1錢1劉禮華2，袁文陽2，肖黎2（1.緊水灘水力發(fā)電廠，浙江麗水323000；2武漢大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，湖北武漢430072）過水力振動區(qū)引起構(gòu)件振動加強。尾水管壓力波動大，機組部件產(chǎn)生循環(huán)交替應(yīng)力造成疲勞破壞。從生產(chǎn)角度，提出了重新確定機組調(diào)峰起點、是高機組工作部件抗疲勞強度等解決問題的基本方法；這些方法簡便科學(xué)，具有較好的實用價值。

　　律、大小和途徑等研究不多，還沒有見到有關(guān)的細(xì)致研究成果。本文結(jié)合緊水灘電站4號機組振動實例，進行了現(xiàn)場測試和運行總結(jié)，基本上掌握了AGC運行對水力機組影響的機理。

　　1基本情況緊水灘電站4號水輪發(fā)電機基本參如表1.隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展，近幾年主力火電、水電機組陸陸續(xù)續(xù)都投入了自動發(fā)電控制（AGC）方式調(diào)度運行。在技術(shù)和管理上滿足了電網(wǎng)需要的同時，AGC方式調(diào)度運行也給水力機組帶來了一系列問題，如機組振動量加大、水輪機部件易損壞和松動，導(dǎo)水葉開度產(chǎn)生變化等，給機組運行帶來負(fù)面影響，縮短機組的使用壽命。

　　目前就AGC方式調(diào)度運行對機組影響的規(guī)表1緊水灘電站水輪發(fā)電機基本參數(shù)水輪機發(fā)電機型號額定出力/kW型號640額定轉(zhuǎn)速/.min一1最高水頭/m額定轉(zhuǎn)速/r.min*額定電壓/kV飛逸轉(zhuǎn)速/.min1最低水頭/m飛逸轉(zhuǎn)速/r°min功率因素轉(zhuǎn)子重/t設(shè)計水頭/m吸出高度/m須定出力/kW推力負(fù)荷/t保證效率/%額定電流/A制造廠家杭州發(fā)電設(shè)備廠制造廠家杭州發(fā)電設(shè)備廠09m，下游水位19m.水輪機最高效率92.5%，吸出高度2.5m，尾水管為Zb型，水輪機配有WT-S-100型電液調(diào)速器和YS-2.5型油壓裝置。水輪機安裝高程為99. 6m，相應(yīng)1臺機額定流量時下游水位的Hs=*2.88m裝置氣蝕系數(shù)= 0.185.轉(zhuǎn)輪采用0Cr13Ni4CuMo不銹鋼葉片。發(fā)電機額定電壓10.5kV，CD2=4X107N-m2，調(diào)相和進相容量均為4萬kVar，并配有可控硅勵磁裝置。

　　2運行總結(jié)電廠6臺水輪發(fā)電機，自1997年10月起投入蝸殼脈動壓力AGC方式調(diào)度運行。運行中發(fā)現(xiàn)，調(diào)度中心為了負(fù)荷調(diào)節(jié)方便，經(jīng)常讓機組處于旋轉(zhuǎn)備用狀態(tài)，即機組空載運行；負(fù)荷調(diào)節(jié)頻繁。從1995 ~1999年的機組發(fā)電運行情況統(tǒng)計來看（表2）機組AGC方式調(diào)度運行投入后，單位運行小時發(fā)電量明顯減少，說明機組帶局部負(fù)荷運行時間增加；單機年平均啟停次數(shù)大幅度增加。如1998年電廠的總發(fā)電量基本上與1995年相當(dāng)，但其單位小時發(fā)電量要少21%，而單機平均啟停次數(shù)達到856. 2次，比1995年多49%.最近的一次統(tǒng)計表明：機組會在不到1h的時間內(nèi)，從空載運行到帶局部負(fù)荷運行，來回往復(fù)達6次之多。

　　表2緊水灘電站機組1995~1999年發(fā)電運行情況統(tǒng)計年份總發(fā)電量萬kW°h總運行小時/h單機小時發(fā)電量萬kW°h機組總啟停次數(shù)單機平均啟停次數(shù)注：①電廠總裝機容量為6X50MW.②電廠機組AGC投入時間為1997年10月。③1996年流域為枯水年，機組發(fā)電屬于非正常情況。

　　機組在投入AGC方式運行一段時間后其運行狀況比較差，反應(yīng)為導(dǎo)軸擺度偏大，承重機架、頂蓋振動位移加大，尾水管、大軸中心、頂蓋補氣過于頻繁，并對水輪機轉(zhuǎn)動部件、導(dǎo)水機構(gòu)等造成影響：①2000年4月4日1號機組在運行時，從頂蓋傳來金屬撞擊聲，立即停機檢查，發(fā)現(xiàn)頂蓋減壓板、轉(zhuǎn)輪上冠引水板均己損壞，不得不臨時進行大修，把轉(zhuǎn)輪、頂蓋送回制造廠家修復(fù)，重新制造和安裝引水板、減壓板，造成極大的經(jīng)濟損失。②近2年，機組不斷出現(xiàn)導(dǎo)水葉傳動機構(gòu)雙聯(lián)臂背帽松動、關(guān)機時剪斷銷剪斷和導(dǎo)葉不能全關(guān)現(xiàn)象。在機組大修中也發(fā)現(xiàn)接力器活塞環(huán)、雙聯(lián)臂銷子磨損量比以前明顯偏大。③機組尾水管進入孔周邊漏水量明顯增大。

　　3現(xiàn)場測試表征水輪機運行穩(wěn)定性的參數(shù)有振動、擺度和壓力脈動。其中振動是影響機組運行穩(wěn)定性的主要因素，而水體壓力脈動是振動產(chǎn)生的主要原因。

　　3.1測試工況*n為*AGC方式調(diào)調(diào)度運行對機組振動影響的bli規(guī)律，本次測試工況分為三種：①平穩(wěn)運行，即機組在某一恒定負(fù)荷下平穩(wěn)運行；②非平穩(wěn)運行，由中控室人員操作機組在某一負(fù)荷范圍內(nèi)變化運行；③AGC運行，機組并入電網(wǎng)由調(diào)度中心調(diào)度運行。

　　3.2測試方法考慮到機組振動的特點、突出研宄主題，檢測采用電測法進行檢測，檢測中布置了擺度、位移和水壓力三種傳感器，振動信號用數(shù)據(jù)采集器自動采樣，采樣頻率為1 Hz.根據(jù)標(biāo)定記錄對采集到的信號進行轉(zhuǎn)換，即得到機組的各種振動與脈動值。參照相關(guān)121，機組測點布置和測試框圖如所示。

　　為便于研宄機組振動的基本規(guī)律，將測試的部分?jǐn)?shù)據(jù)分類歸納于表3中，并將測試結(jié)果數(shù)據(jù)進一步轉(zhuǎn)化成、和。

　　4測試結(jié)果分析從表3和可以看出，機組恒定負(fù)荷平穩(wěn)運行時具有兩個振動區(qū)，15 ~25MW是機組較為強烈振動區(qū)域（主頻Hz）該區(qū)域范圍大、振動強度高，尾水流態(tài)不好，水壓力脈動較大（8.95 ~34.03m），機組不宜長時間工作。在該范圍內(nèi)調(diào)節(jié)負(fù)荷，頂蓋垂直振動位移（導(dǎo)葉開度64%，主頻0.97水管和頂蓋也會產(chǎn)生負(fù)壓，但其壓力波動強度和機組振動量并不大，這個負(fù)壓（一0.有利于提高水輪機的工作效率的，機組可以在此區(qū)域運行。

　　~50MW負(fù)荷范圍機組導(dǎo)軸擺度、機架和頂蓋振動位移以及水輪機的工作脈動壓力都較平穩(wěn)，是機組振動較優(yōu)工況區(qū)，其擺度和振動位移較振動強烈區(qū)要少15%~60%.表明，機組負(fù)荷變化所引起的振動峰值是在機組振動工作區(qū)（5MW左右）產(chǎn)生的，機組投入AGC運行引起結(jié)構(gòu)損壞，這主要是負(fù)荷變化頻繁通過機組振動區(qū)而引起的，振動的主要能量集中在0.24非平穩(wěn)運行（0-0-45MW）頂蓋Z向振動位移變化圖留IS患丨曬厲Ski表3機組振動測試結(jié)果表擺度位移水流脈動壓力幅值工上導(dǎo)X向上導(dǎo)Y向上機架Z向頂蓋Z向頂蓋水壓尾管水壓蝸殼水壓平穩(wěn)運行非平穩(wěn)運行運行注：①A表示幅值；②力表示分頻表示水壓脈動最大幅值。

　　機組負(fù)荷調(diào)整過程中所出現(xiàn)的振動量比相同負(fù)荷范圍內(nèi)穩(wěn)定運行的最大振動量要大5%~20%，例如，負(fù)荷穩(wěn)定在15MW運行時上機架Z向最大位移87.4rtn，而負(fù)荷在0~30MW變化時其值達到106，um.將中的擺度與位移相比較，機組擺度盡管也隨水體壓力變化而變化，但與水輪機的頂蓋和機架的垂直位移相比，其變化值不大，據(jù)此推斷機組擺度大小主要還是取決于機組安裝時機械精密程度，它與蝸殼、尾水管的脈動壓力相對關(guān)系不大。

　　由于機組擺度與發(fā)電水流脈動壓力關(guān)系不大，從實測數(shù)據(jù)可以看出，AGC運行方式只對機組的垂直振動位移產(chǎn)生較大影響。

　　AGC運行負(fù)荷調(diào)節(jié)所引起的振動量與電廠中控制室人為調(diào)節(jié)（非平穩(wěn)運行）引起的振動量相比，區(qū)別不大。

　　5結(jié)論與建議5.1結(jié)論~25MW為機組較為強烈的振動區(qū)域機組不宜在此區(qū)域長時間工作。在該范圍內(nèi)調(diào)節(jié)負(fù)荷，頂蓋垂直振動位移大。35MW局部區(qū)域是機組的一個次強振動區(qū)，由于采取了補氣措施，機組在該區(qū)域振動量并不大，可以認(rèn)為30組振動較優(yōu)工況區(qū)，其擺度和振動位移總體不大。

　　~50MW范圍內(nèi)變化，不會引起強烈振動。

　　水輪機構(gòu)件的破壞主要是機組負(fù)荷頻繁通過強振區(qū)（有時還在強振區(qū)工作）所引起的構(gòu)件振動和循環(huán)交替應(yīng)力造成的疲勞破壞。

　　由于機組投入AGC方式運行后動作過多，活塞環(huán)及導(dǎo)水機構(gòu)傳動部件銷子磨損量加大，會加活塞缸體前后腔竄油量和傳動部件銷子與銷孔之間的間隙量。

　　機組擺度盡管也隨水體壓力變化而變化，但在AGC方式運行中其值變化相對不大。

　　機組頻繁啟停，振動量加強加劇后，易造成構(gòu)件連接螺帽的松動，尤其是直接受壓力作用的水輪機連接螺帽，如雙聯(lián)臂背帽。

　　AGC運行方式尾水管壓力頻繁出現(xiàn)大波動情況，尾水管鋼里襯產(chǎn)生交變彈性脹縮，導(dǎo)致里襯與混凝土局部脫離，造成機坑漏水量加。

　　5.2建議⑴建議機組不要頻繁開啟，穩(wěn)定在30 ~50MW范圍內(nèi)工作，將30MW作為機組調(diào)峰的起調(diào)點。

　�。�2）若機組調(diào)峰需要頻繁開啟，或在5 ~25MW范圍內(nèi)工作，建議采取措施（如采用Mn鋼材料，表面滾壓處理等）提高水輪機工作部件的抗疲勞強王珂侖水力機組振動北京：水利電力出版社，1986.劉再華。工程結(jié)構(gòu)抗斷設(shè)計基礎(chǔ)M卜武漢：華中理工大學(xué)出版社，1990.