景洪水電站廠房結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)實測與分析

苗宗偉

（遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院，遼寧沈陽110006）

景洪水電站廠房結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)實測與分析

苗宗偉

（遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院，遼寧沈陽110006）

景洪水電站總裝機容量為1 750 MW，水電站引水鋼管直徑高達11.2 m，機組運行水頭變幅可能較大，機組振動特性及廠房結(jié)構(gòu)重要構(gòu)件的振動特性可能與其他已建常規(guī)水電站有所不同。文章對支撐機組的機墩結(jié)構(gòu)以及作為輔助設(shè)備基礎(chǔ)的樓板的振動狀態(tài)進行了重點的監(jiān)測分析。

廠房；振動；測試；分析；水電站

1 水電站概況及基本參數(shù)

景洪水電站為瀾滄江干流中下游河段梯級規(guī)劃中的第六級電站。水庫的正常蓄水位為602 m，校核洪水位為609.4 m，總庫容為11.39億m3。電站總裝機容量為1 750 MW，主廠房包括安裝間總長246 m，寬31.5 m，高64.15 m，水輪機安裝高程532.5 m，機組間距34.3 m。

2 原型觀測試驗方案和測試系統(tǒng)

2.1 測點布置原則

測點布置在最能反映機組和廠房結(jié)構(gòu)耦聯(lián)振動的區(qū)域，最能表征機組軸系統(tǒng)和定子系統(tǒng)振動特性的區(qū)域和廠房結(jié)構(gòu)中振動最為薄弱的區(qū)域。按上述原則測點分為以下四類：廠房塊體混凝土結(jié)構(gòu)測點、水輪發(fā)電機組金屬結(jié)構(gòu)測點、樓板結(jié)構(gòu)測點以及蝸殼、尾水管中的水壓脈動測點。

2.2 測試工況

現(xiàn)場振動測試進行了21種工況試驗，包括空載升轉(zhuǎn)速、空載升勵磁、升負荷、甩負荷、停機等。具體情況如下：

空載無勵磁，變轉(zhuǎn)速（環(huán)境噪聲，25%，50%，75%，100%，115%，155%）

空載他勵磁工況，（無勵磁，5%，50%，75%，100%）

負荷，（50 MW，導(dǎo)葉開度25%→90 MW，導(dǎo)葉開度30%→甩負荷，0→175 MW，導(dǎo)葉開度47.4%→甩負荷，0→265 MW，導(dǎo)葉開度66.8%→甩負荷，0→326 MW，導(dǎo)葉開度98.6%→甩負荷）

正常運行工況，變負荷情況下現(xiàn)場采集系統(tǒng)接線編號與測點位置對應(yīng)情況，見表1。

表1 變負荷測試測點位置與通道

2.3 測試系統(tǒng)介紹

采用DH5920動態(tài)信號分析系統(tǒng)進行測試，振動測試系統(tǒng)框圖如圖1所示。根據(jù)待測振動信號的可能幅頻特性范圍和工作環(huán)境選擇不同型號的傳感器。其中加速度傳感器可選用3種型號：CA-YD-109B，SD1406，CJY2w8-665，壓電式壓力脈動傳感器選用SYL-1。

2.4 測點布置概要

1）所有測試傳感器件的安裝，均在機組安裝完成后、試運行前，或兩次運行的間歇，停機狀態(tài)下，進行傳感器布置、電纜連接和儀器布置。

2）所有傳感器，均不采用預(yù)埋方式布置，而是布置在廠房結(jié)構(gòu)物的外表面，在人員能夠接觸到的位置，采用磁力吸附或粘接劑粘結(jié)的形式固定。

圖1 現(xiàn)場振動測試系統(tǒng)框圖

3）傳感器和儀器之間的連接電纜，沿人行通道、樓梯或吊物孔等穿行，不需要專用的預(yù)埋管道或線槽。

4）采取離線測試方式，所有測試不是固定式的永久監(jiān)測項目。每次實驗前，布置傳感器、電纜和儀器，試驗結(jié)束后，全部拆除收回。下次實驗前，再重新進行布置。

3 機組廠房振動測試數(shù)據(jù)分析

3.1 機組支承部件振動測試分析

在各級負荷下穩(wěn)定運行時，機組主要支承部件的振動加速度標準值均不是很大。圖2給出了機組主要支承部件位置處豎向和順河向加速度標準值隨機組負荷的變化關(guān)系。各測點的振動加速度均以豎向負荷為50 MW、橫向90 MW時最大，隨著機組負荷的增大，加速度幅值迅速降低，機組在265 MW負荷時各測點的振動幅值較小，機組負荷增至326 MW時，振動幅值又略有增大。原因在于機組低負荷運行時偏離最優(yōu)運行工況，流道內(nèi)水力振動較大，隨著負荷的增大到接近水輪機的最優(yōu)工況時，流道內(nèi)水流流態(tài)得到改善，水力振動強度降低。

3.2 廠房結(jié)構(gòu)振動測試結(jié)果分析

1）豎向加速。圖3給出了廠房結(jié)構(gòu)各測點處豎向加速度隨機組負荷的變化關(guān)系。由圖中可見，各測點的豎向振動加速度均以負荷為50 MW或90 MW時最大，隨著機組負荷的增大，加速度幅值迅速降低，機組在265 MW時各測點的振動幅值較小，機組負荷增至326 MW時，振動幅值又略有增大。

2）順河向加速度。圖4給出了廠房結(jié)構(gòu)各測點處順河向加速度標準值隨機組負荷的變化關(guān)系。由圖中可見，各測點的順河向振動加速度均以負荷為50 MW或90 MW時最大，隨著機組負荷的增大，加速度值迅速降低，機組在265 MW時各測點的振動值較小，機組負荷增至326 MW時，振動值又略有增大。

圖2 機組主要部位振動隨機組出力的變化

圖3 廠房結(jié)構(gòu)豎向振動加速度隨負荷的變化關(guān)系

3.3 壓力脈動振動分析

表2給出了變負荷測試階段在各級負荷穩(wěn)定運行時，尾水管和蝸殼內(nèi)各脈動壓力測點的壓力值。從表2中可以看出，機組在90 MW負荷運行時，各測點的脈動壓力幅值最大，最大值發(fā)生在尾水管進人門處，脈動壓力峰峰值達5.55 mWC。隨著機組負荷的增大，各測點的脈動壓力幅值迅速降低，當(dāng)機組的出力為326 MW時，各測點的脈動壓力幅值最大值僅為0.38 mWC，發(fā)生在蝸殼進口處。以上分析說明在機組低負荷運行時水輪機中的脈動壓力幅值較大，而在額定出力附近運行時，水輪機的脈動壓力幅值較小。

圖4 廠房結(jié)構(gòu)順河向振動加速度隨負荷的變化關(guān)系

表2 升負荷階段各點壓力峰峰值脈動值mWC

3.4 振動控制標準

參考國內(nèi)外對建筑結(jié)構(gòu)、動力機械基礎(chǔ)以及人體健康等的振動控制標準，結(jié)合大型水電站主廠房的結(jié)構(gòu)特點、運行環(huán)境和設(shè)計要求，提出對景洪水電站主廠房振動控制標準，見表3。

表3 景洪水電站廠房振動控制標準差

4 結(jié)論

1）從測試數(shù)據(jù)分析，不僅是機組和廠房結(jié)構(gòu)各測點在低負荷時振動較大，隨著負荷的增大而振動減小。尾水管和蝸殼處的脈動壓力隨出力的整體振動趨勢也有相似的變化規(guī)律。說明機組在低負荷運行偏離最優(yōu)工況時引起的機組廠房結(jié)構(gòu)各向振動的主要振源與蝸殼、尾水管內(nèi)水力脈動密切相關(guān)。

2）對實測機組及廠房各部位的振動分析表明，各測點的振動加速度在額定工況下都滿足響應(yīng)的振動控制標準。

［1］馬震岳，董毓新.水電站機組及廠房振動的研究與治理［M］.北京：中國水利水電出版社，2004.

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