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　　AGC方式調(diào)度運(yùn)行對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)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(dòng)區(qū)引起構(gòu)件振動(dòng)加強(qiáng)。尾水管壓力波動(dòng)大，機(jī)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(jī)組調(diào)峰起點(diǎn)、是高機(jī)組工作部件抗疲勞強(qiáng)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(shí)用價(jià)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(hào)機(jī)組振動(dòng)實(shí)例，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和運(yùn)行總結(jié)，基本上掌握了AGC運(yùn)行對(duì)水力機(jī)組影響的機(jī)理。

　　1基本情況緊水灘電站4號(hào)水輪發(fā)電機(jī)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(jī)組陸陸續(xù)續(xù)都投入了自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）方式調(diào)度運(yùn)行。在技術(shù)和管理上滿足了電網(wǎng)需要的同時(shí)，AGC方式調(diào)度運(yùn)行也給水力機(jī)組帶來了一系列問題，如機(jī)組振動(dòng)量加大、水輪機(jī)部件易損壞和松動(dòng)，導(dǎo)水葉開度產(chǎn)生變化等，給機(jī)組運(yùn)行帶來負(fù)面影響，縮短機(jī)組的使用壽命。

　　目前就AGC方式調(diào)度運(yùn)行對(duì)機(jī)組影響的規(guī)表1緊水灘電站水輪發(fā)電機(jī)基本參數(shù)水輪機(jī)發(fā)電機(jī)型號(hào)額定出力/kW型號(hào)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(jì)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(jī)最高效率92.5%，吸出高度2.5m，尾水管為Zb型，水輪機(jī)配有WT-S-100型電液調(diào)速器和YS-2.5型油壓裝置。水輪機(jī)安裝高程為99. 6m，相應(yīng)1臺(tái)機(jī)額定流量時(shí)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(jī)額定電壓10.5kV，CD2=4X107N-m2，調(diào)相和進(jìn)相容量均為4萬kVar，并配有可控硅勵(lì)磁裝置。

　　2運(yùn)行總結(jié)電廠6臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)，自1997年10月起投入蝸殼脈動(dòng)壓力AGC方式調(diào)度運(yùn)行。運(yùn)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(jī)組處于旋轉(zhuǎn)備用狀態(tài)，即機(jī)組空載運(yùn)行；負(fù)荷調(diào)節(jié)頻繁。從1995 ~1999年的機(jī)組發(fā)電運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)來看（表2）機(jī)組AGC方式調(diào)度運(yùn)行投入后，單位運(yùn)行小時(shí)發(fā)電量明顯減少，說明機(jī)組帶局部負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間增加；單機(jī)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(shí)發(fā)電量要少21%，而單機(jī)平均啟停次數(shù)達(dá)到856. 2次，比1995年多49%.最近的一次統(tǒng)計(jì)表明：機(jī)組會(huì)在不到1h的時(shí)間內(nèi)，從空載運(yùn)行到帶局部負(fù)荷運(yùn)行，來回往復(fù)達(dá)6次之多。

　　表2緊水灘電站機(jī)組1995~1999年發(fā)電運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)年份總發(fā)電量萬kW°h總運(yùn)行小時(shí)/h單機(jī)小時(shí)發(fā)電量萬kW°h機(jī)組總啟停次數(shù)單機(jī)平均啟停次數(shù)注：①電廠總裝機(jī)容量為6X50MW.②電廠機(jī)組AGC投入時(shí)間為1997年10月。③1996年流域?yàn)榭菟�年，機(jī)組發(fā)電屬于非正常情況。

　　機(jī)組在投入AGC方式運(yùn)行一段時(shí)間后其運(yùn)行狀況比較差，反應(yīng)為導(dǎo)軸擺度偏大，承重機(jī)架、頂蓋振動(dòng)位移加大，尾水管、大軸中心、頂蓋補(bǔ)氣過于頻繁，并對(duì)水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)等造成影響：①2000年4月4日1號(hào)機(jī)組在運(yùn)行時(shí)，從頂蓋傳來金屬撞擊聲，立即停機(jī)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(shí)進(jìn)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(jì)損失。②近2年，機(jī)組不斷出現(xiàn)導(dǎo)水葉傳動(dòng)機(jī)構(gòu)雙聯(lián)臂背帽松動(dòng)、關(guān)機(jī)時(shí)剪斷銷剪斷和導(dǎo)葉不能全關(guān)現(xiàn)象。在機(jī)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(jī)組尾水管進(jìn)入孔周邊漏水量明顯增大。

　　3現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表征水輪機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性的參數(shù)有振動(dòng)、擺度和壓力脈動(dòng)。其中振動(dòng)是影響機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性的主要因素，而水體壓力脈動(dòng)是振動(dòng)產(chǎn)生的主要原因。

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

　　3.2測(cè)試方法考慮到機(jī)組振動(dòng)的特點(diǎn)、突出研宄主題，檢測(cè)采用電測(cè)法進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)中布置了擺度、位移和水壓力三種傳感器，振動(dòng)信號(hào)用數(shù)據(jù)采集器自動(dòng)采樣，采樣頻率為1 Hz.根據(jù)標(biāo)定記錄對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，即得到機(jī)組的各種振動(dòng)與脈動(dòng)值。參照相關(guān)121，機(jī)組測(cè)點(diǎn)布置和測(cè)試框圖如所示。

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

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

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

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

　　由于機(jī)組擺度與發(fā)電水流脈動(dòng)壓力關(guān)系不大，從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，AGC運(yùn)行方式只對(duì)機(jī)組的垂直振動(dòng)位移產(chǎn)生較大影響。

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

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

　　~50MW范圍內(nèi)變化，不會(huì)引起強(qiáng)烈振動(dòng)。

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

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

　　機(jī)組擺度盡管也隨水體壓力變化而變化，但在AGC方式運(yùn)行中其值變化相對(duì)不大。

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

　　AGC運(yùn)行方式尾水管壓力頻繁出現(xiàn)大波動(dòng)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(jī)坑漏水量加。

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

　　（2）若機(jī)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(jī)工作部件的抗疲勞強(qiáng)王珂侖水力機(jī)組振動(dòng)北京：水利電力出版社，1986.劉再華。工程結(jié)構(gòu)抗斷設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M卜武漢：華中理工大學(xué)出版社，1990.