水力激振作用下的蓄能機(jī)組泵工況穩(wěn)定性分析

張飛+周喜軍+孫慧芳+周攀

摘要：隨著我國(guó)蓄能機(jī)組的大量投運(yùn)，水力激振所引發(fā)的機(jī)組穩(wěn)定性問(wèn)題日益嚴(yán)重。針對(duì)蓄能機(jī)組泵工況運(yùn)行時(shí)的水力激振問(wèn)題，采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)手段獲得了額定轉(zhuǎn)速下蓄能機(jī)組調(diào)相壓水工況與穩(wěn)定泵水工況運(yùn)行時(shí)的機(jī)組振動(dòng)、擺度數(shù)據(jù)，采用頻譜對(duì)比分析方法，研究了兩種工況下各穩(wěn)定性測(cè)點(diǎn)頻譜，通過(guò)頻譜中頻率成分的變化，指出了不同部位測(cè)點(diǎn)中頻率成分存在的差異。分析結(jié)果表明：承受垂直載荷部件振動(dòng)幅值水泵工況較調(diào)相工況略有增大趨勢(shì)；112.5 Hz動(dòng)靜干涉頻率成分主要在機(jī)組垂直振動(dòng)方向上傳播，且逐漸衰減；水力干擾導(dǎo)致泵工況部分測(cè)點(diǎn)的頻率成分中增加了葉片通過(guò)頻率56.25 H z和動(dòng)靜干涉頻率112.5 Hz，但頻率成分的增加并不一定引起機(jī)組振動(dòng)與擺度混頻幅值的增大；由于機(jī)組振動(dòng)中261 Hz等高頻成分的出現(xiàn)，未來(lái)廠房與機(jī)組的動(dòng)力分析報(bào)告中應(yīng)包含高頻成分，并進(jìn)行復(fù)核。本次觀測(cè)為轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)及研發(fā)人員提供了翔實(shí)參考數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：蓄能機(jī)組；水力激振；動(dòng)靜干涉；泵工況；調(diào)相壓水工況；頻譜分析

中圖分類號(hào)：TK734 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672 1683（2017）05-0202-07

“十三五”期間，我國(guó)將投運(yùn)包括浙江仙居、江西洪屏、廣東清遠(yuǎn)、河北豐寧等系列大型抽水蓄能機(jī)組，其中河北豐寧采用變頻式機(jī)組。隨著大型蓄能機(jī)組的投運(yùn)，水力激振所引發(fā)的穩(wěn)定性問(wèn)題日益引起工程技術(shù)人員的注意。張河灣機(jī)組投運(yùn)后由水力因素引發(fā)的機(jī)組與廠房振動(dòng)問(wèn)題嚴(yán)重且廠房噪聲超標(biāo)，蒲石河、黑麋峰等機(jī)組也不同程度存在較為嚴(yán)重的水力激振導(dǎo)致的機(jī)組振動(dòng)問(wèn)題，宜興機(jī)組則在調(diào)試時(shí)發(fā)生小開(kāi)度導(dǎo)水機(jī)構(gòu)自激共振，廣蓄機(jī)組發(fā)生過(guò)因下迷宮環(huán)壓力脈動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)組穩(wěn)定性問(wèn)題。目前，考慮到現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的實(shí)施復(fù)雜程序，水力激振及其影響方面的研究主要集中在兩方面，一是采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行模擬，袁壽其等人對(duì)這一方面的研究進(jìn)行了綜述并指出了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試觀測(cè)方面的不足；二是采用理論分析手段對(duì)水力激振產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行研究，如Peter K.Doerfler指出相位共振對(duì)水力機(jī)械徑向振動(dòng)的影響，Alireza Zo-beiri對(duì)動(dòng)靜干涉的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了研究，劉濤等人對(duì)這方面研究進(jìn)行了詳細(xì)綜述。

2016年4月我國(guó)自主研發(fā)的首臺(tái)浙江仙居蓄能電站機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電成功，國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心在機(jī)組調(diào)試階段組織科研技術(shù)人員對(duì)機(jī)組不同工況下的振動(dòng)、擺度和壓力脈動(dòng)情況進(jìn)行了全面觀測(cè)，積累了翔實(shí)豐富的機(jī)組穩(wěn)定性數(shù)據(jù)?？紤]到當(dāng)蓄能機(jī)組在水泵工況下啟動(dòng)時(shí)機(jī)組經(jīng)歷充氣壓水階段，此時(shí)機(jī)組水力干擾較小（部分機(jī)組受水環(huán)影響，機(jī)組穩(wěn)定性反而較差），而并網(wǎng)穩(wěn)定抽水時(shí)機(jī)組滿載運(yùn)行，此時(shí)水力因素將直接對(duì)機(jī)組的穩(wěn)定性參數(shù)產(chǎn)生影響。基于此，本文將對(duì)額定轉(zhuǎn)速下充氣壓水調(diào)相運(yùn)行（Svnchronous Condensed Pump，SCP）與穩(wěn)定抽水運(yùn)行（Pump Operation，PO）時(shí)的機(jī)組穩(wěn)定性數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域?qū)Ρ确治?，研究水力因素干擾下的機(jī)組振動(dòng)特征并將闡明水力因素對(duì)機(jī)組振動(dòng)的影響，為工程技術(shù)人員理解水力因素對(duì)機(jī)組振動(dòng)穩(wěn)定性分析的重要性提供有效支撐。

1測(cè)試條件

1.1機(jī)組參數(shù)

浙江仙居抽水蓄能電站位于浙東南中心地帶仙居縣境內(nèi)，東臨臺(tái)州、南近溫州、西連金華和麗水、北接紹興。電站設(shè)計(jì)安裝4臺(tái)單機(jī)容量375 MW的可逆式抽水蓄能機(jī)組，電站的主要任務(wù)是為華東電網(wǎng)提供調(diào)峰、填谷容量，并承擔(dān)系統(tǒng)的緊急事故備用和調(diào)頻、調(diào)相作用。水泵工況時(shí)最大入力400 MW，最大流量81.8 m³/s，最大揚(yáng)程502.9 m，最小揚(yáng)程437.3 m。轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)為9，活動(dòng)導(dǎo)葉數(shù)為20。

1.2測(cè)試系統(tǒng)描述

為探索首臺(tái)國(guó)產(chǎn)400 Mw級(jí)機(jī)組穩(wěn)定性相關(guān)信息，調(diào)試階段試驗(yàn)共對(duì)機(jī)組三部導(dǎo)軸承位置處擺度、發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端與非驅(qū)動(dòng)端軸承、水輪機(jī)導(dǎo)軸承與定子基座振動(dòng)、以及通流部件內(nèi)壓力脈動(dòng)等測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了觀測(cè)，具體測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1。

試驗(yàn)所用傳感器參數(shù)為：速度傳感器采用本特利生產(chǎn)的330505型低頻速度傳感器，靈敏度20mV/（mm/s），頻響范圍0.5～1000 H z（-3.0dB）；電渦流位移傳感器采用本特利330 180型傳感器，靈敏度8V/mm，頻響范圍0～10 kHz（-3dB）；壓力傳感器采用通用生產(chǎn)的PTX5072型傳感器，精度為±0.2%，頻響范圍0～5 kHz（-3 dB）。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用兩套采集儀器進(jìn)行同步采集，分別是Bently公司的ADRE408 DSPi用于機(jī)組振動(dòng)與擺度的測(cè)量和HBM公司的QuantumXMX840A-P用于壓力脈動(dòng)及工況參數(shù)的測(cè)量。采樣精度可以達(dá)到24位A/D，單通道最高采樣率可以至96 kS/s。兩套采集系統(tǒng)間采用電腦時(shí)鐘進(jìn)行同步。整個(gè)試驗(yàn)平臺(tái)如圖2所示。數(shù)據(jù)采樣率為1280 S/s。

1.3水文條件

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集時(shí)的上庫(kù)水位為657.71 m，下庫(kù)水位197.83 m。

2研究方法

當(dāng)蓄能機(jī)組以泵工況啟動(dòng)時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)首先完成抽水工況換向刀和被拖動(dòng)刀的合閘，然后向充氣壓水系統(tǒng)發(fā)令啟動(dòng)壓水流程向轉(zhuǎn)輪室內(nèi)注入高壓空氣，將水體壓至轉(zhuǎn)輪下方某一高程，而后靜止變頻器（Static Frequency Converter，SFC）拖動(dòng)機(jī)組旋轉(zhuǎn)，機(jī)組拖動(dòng)至額定轉(zhuǎn)速后并網(wǎng)。待機(jī)組并網(wǎng)后啟動(dòng)排氣回水流程同時(shí)執(zhí)行開(kāi)啟球閥命令，轉(zhuǎn)輪室內(nèi)壓縮空氣通過(guò)項(xiàng)蓋排氣管路排出，尾水錐管內(nèi)水體在尾水壓力下逐漸升高并淹沒(méi)轉(zhuǎn)輪，從而形成濺水功率（零流量試驗(yàn)）。當(dāng)濺水功率至一定數(shù)值時(shí)，轉(zhuǎn)輪室內(nèi)造壓完成，此時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)指令至調(diào)速器打開(kāi)導(dǎo)葉。在打開(kāi)導(dǎo)葉過(guò)程中機(jī)組根據(jù)揚(yáng)程進(jìn)行導(dǎo)葉尋優(yōu)，尋找最佳協(xié)聯(lián)點(diǎn)，最終完成蓄能機(jī)組在泵工況的穩(wěn)定運(yùn)行。

從上述流程中可以看出，機(jī)組并網(wǎng)后濺水功率形成前，機(jī)組在電網(wǎng)拖動(dòng)下運(yùn)行，此時(shí)機(jī)組處于壓水調(diào)相工況運(yùn)行，機(jī)組穩(wěn)定性主要受電氣與機(jī)械因素方面的影響，此時(shí)雖然轉(zhuǎn)輪室內(nèi)在尾水壓力及主軸密封冷卻水、止漏環(huán)冷卻水作用下形成水環(huán)，但在水環(huán)獲得穩(wěn)定控制的前提下，這一因素對(duì)機(jī)組穩(wěn)定性的影響較?。ㄏ挛臏y(cè)試數(shù)據(jù)表明機(jī)組壓水調(diào)相運(yùn)行時(shí)各測(cè)點(diǎn)信號(hào)中不含有明顯的水力激振特征頻率）。而在濺水功率形成至泵工況穩(wěn)定運(yùn)行及以后的時(shí)間內(nèi)，機(jī)組穩(wěn)定性除受機(jī)械和電氣因素影響外，還疊加有水力因素的影響?？紤]到濺水功率形成前機(jī)組振動(dòng)的頻域響應(yīng)主要受電氣和機(jī)械原因所激勵(lì)，而濺水功率形成后的頻域響應(yīng)增加了水力因素，故頻域響應(yīng)中增加的頻率成分應(yīng)為水力因素激勵(lì)所導(dǎo)致。因此采用頻譜分析手段對(duì)泵工況啟動(dòng)全過(guò)程進(jìn)行分析可以定性獲得水力因素對(duì)蓄能機(jī)組穩(wěn)定性的影響。同時(shí)考慮到泵工況啟動(dòng)包含壓水過(guò)程、SFC拖動(dòng)機(jī)組轉(zhuǎn)速上升過(guò)程、排氣回水形成濺水功率過(guò)程及穩(wěn)定運(yùn)行等一系列過(guò)程的組合，且部分過(guò)程時(shí)間短暫，為實(shí)現(xiàn)對(duì)水力因素影響前后的機(jī)組振動(dòng)進(jìn)行對(duì)比觀測(cè)，將機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速下壓水運(yùn)行工況人為延長(zhǎng)至一分鐘，即機(jī)組并網(wǎng)后在額定轉(zhuǎn)速壓水調(diào)相工況下穩(wěn)定運(yùn)行一分鐘，以便獲得無(wú)水力干擾情況下的機(jī)組穩(wěn)定性測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速泵水工況時(shí)亦采集穩(wěn)態(tài)工況數(shù)據(jù)一分鐘。從而通過(guò)兩個(gè)工況下數(shù)據(jù)的對(duì)比獲得水力因素干擾的影響。

3數(shù)據(jù)分析

相關(guān)研究表明始于無(wú)葉區(qū)（活動(dòng)導(dǎo)葉后轉(zhuǎn)輪葉片前）區(qū)域的動(dòng)靜干涉所產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)對(duì)機(jī)組穩(wěn)定性影響突出，鑒于本文著重研究機(jī)組水力因素疊加前后機(jī)組穩(wěn)定性測(cè)點(diǎn)的頻率成分變化，不涉及到廠房的振動(dòng)評(píng)估，因此論文中著重對(duì)水力因素下軸系及機(jī)組固定部件振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析。

機(jī)組在壓水調(diào)相工況和水泵工況運(yùn)行的振動(dòng)測(cè)點(diǎn)時(shí)域與頻域波形分別見(jiàn)圖3和4所示；擺度測(cè)點(diǎn)時(shí)域與頻域波形分別見(jiàn)圖5和6所示?？紤]到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)振動(dòng)與擺度時(shí)域波形圖穩(wěn)定，且長(zhǎng)時(shí)間的時(shí)域波形圖不易于圖形直觀顯示，圖3和圖5中僅給出了5 s的穩(wěn)定運(yùn)行數(shù)據(jù)。圖3-圖6中左側(cè)為壓水調(diào)相工況數(shù)據(jù)，右側(cè)為水泵工況數(shù)據(jù)。

3.1充氣壓水運(yùn)行數(shù)據(jù)分析

從圖3和圖5左側(cè)圖機(jī)組振動(dòng)、擺度各測(cè)點(diǎn)時(shí)域波形圖可見(jiàn)，在額定轉(zhuǎn)速水泵方向調(diào)相工況運(yùn)行時(shí)機(jī)組振動(dòng)、擺度保持穩(wěn)定，混頻幅值保持在較小的水平上。整體上看，調(diào)相工況時(shí)振動(dòng)、擺度波形圖較為光滑，而水泵工況由于受到高頻水力激振的影響波形較為粗糙。具體而言：在圖4與圖6左側(cè)圖頻域波形圖中可以看到，在調(diào)相工況運(yùn)行時(shí)，下導(dǎo)與水導(dǎo)擺度、頂蓋和上機(jī)架振動(dòng)頻率成分單一，均為一倍轉(zhuǎn)頻分量；定子基座主頻為一倍轉(zhuǎn)頻分量，且包含兩倍和三倍的轉(zhuǎn)頻分量（諧波）；下機(jī)架主頻也為一倍轉(zhuǎn)頻分量，其中垂直方向含有較強(qiáng)的75 Hz頻率成分，該頻率成分為機(jī)組額定轉(zhuǎn)速下由推力瓦片數(shù)所確定的頻率成分，即：6.25（轉(zhuǎn)頻）×12（推力瓦數(shù)）?？紤]到水力激振頻率主要為葉片過(guò)流頻率和分?jǐn)?shù)階頻率成分，而調(diào)相工況運(yùn)行時(shí)各測(cè)點(diǎn)頻譜圖中并未出現(xiàn)這些頻率成分，因此在調(diào)相工況運(yùn)行時(shí)，機(jī)組振動(dòng)基本不受到水力因素的影響。由于設(shè)計(jì)不周導(dǎo)致安裝位置受到限制，上導(dǎo)位置處擺度實(shí)際測(cè)量平面為滑轉(zhuǎn)子絕緣環(huán)，而該絕緣環(huán)非精細(xì)加工面且存在一定程度的形變，因此導(dǎo)致上導(dǎo)擺度信號(hào)中存在大量的諧波成分。

3.2額定抽水工況運(yùn)行分析

根據(jù)文獻(xiàn)[9]，無(wú)葉區(qū)產(chǎn)生動(dòng)靜干涉時(shí)需滿足：

式中：Z_s為導(dǎo)葉數(shù)；Z_r為轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)；k為葉片通過(guò)頻率下的諧波階數(shù)；m為導(dǎo)葉通過(guò)頻率下的諧波階數(shù)；v為帶符號(hào)的節(jié)徑，整數(shù)。

從圖3與圖5右圖可見(jiàn)機(jī)組在滿負(fù)荷抽水工況下，機(jī)組振動(dòng)和擺度時(shí)域波形圖穩(wěn)定。在圖4右側(cè)頻譜圖中可以看到項(xiàng)蓋水平和垂直振動(dòng)主頻為112.5 Hz，該頻率成分為兩倍葉片過(guò)流頻率（轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)×轉(zhuǎn)頻×2），屬于典型的動(dòng)靜干涉頻率。在其它測(cè)點(diǎn)中也出現(xiàn)了兩倍葉片干擾頻率，但該頻率成分在項(xiàng)蓋部位測(cè)點(diǎn)中的幅值較其它測(cè)點(diǎn)強(qiáng)，這主要是因?yàn)樵擃l率成分產(chǎn)生于無(wú)葉區(qū)，而頂蓋在所有測(cè)點(diǎn)中離無(wú)葉區(qū)最近。

3.3對(duì)比分析

調(diào)相工況與抽水工況時(shí)機(jī)組振動(dòng)與擺度混頻幅值與轉(zhuǎn)頻幅值分別見(jiàn)圖7和圖8所示，圖中給出了穩(wěn)定水泵方向調(diào)相工況至穩(wěn)定抽水工況整個(gè)過(guò)程的混頻幅值與轉(zhuǎn)頻幅值變化趨勢(shì)。從圖中可以看到，抽水工況下水力干擾對(duì)各個(gè)測(cè)點(diǎn)的混頻幅值與轉(zhuǎn)頻幅值影響不同。水泵工況時(shí)項(xiàng)蓋振動(dòng)混頻幅值較調(diào)相工況時(shí)有增大趨勢(shì)，說(shuō)明項(xiàng)蓋振動(dòng)易受水力因素的影響；而項(xiàng)蓋振動(dòng)的轉(zhuǎn)頻分量變化不大，這說(shuō)明機(jī)械因素引發(fā)的振動(dòng)成分在兩種工況下的影響未發(fā)生改變。兩種工況下，其它測(cè)點(diǎn)的混頻幅值與轉(zhuǎn)頻幅值趨勢(shì)均未發(fā)生明顯的改變，對(duì)比混頻與轉(zhuǎn)頻幅值的波動(dòng)情況可以看出，水泵工況時(shí)幅值的波動(dòng)更小，更加平穩(wěn)。部分測(cè)點(diǎn)（如上導(dǎo)、下導(dǎo)擺度）抽水工況下的混頻幅值較壓水調(diào)相工況小，說(shuō)明抽水工況下水力因素并不必然引起機(jī)組振動(dòng)混頻幅值的增大；在轉(zhuǎn)頻幅值方面，對(duì)部分測(cè)點(diǎn)而言，抽水工況的轉(zhuǎn)頻幅值較壓水調(diào)相工況小，說(shuō)明在抽水工況下受水力因素的影響，機(jī)組機(jī)械方面振動(dòng)成分有減小的趨勢(shì)整個(gè)機(jī)組機(jī)械振動(dòng)更加趨于穩(wěn)定。產(chǎn)生這種隋況的原因可能是：良好的水力設(shè)計(jì)情況下，抽水工況時(shí)由于水流通過(guò)轉(zhuǎn)輪一方面使得整個(gè)旋轉(zhuǎn)部件的附加質(zhì)量增加，另一方面軸向水推力下壓的作用下也使得機(jī)組更加穩(wěn)定。

對(duì)比圖4和圖6中壓水調(diào)相工況與抽水工況運(yùn)行時(shí)的各個(gè)測(cè)點(diǎn)的頻譜及混頻與轉(zhuǎn)頻幅值可以發(fā)現(xiàn)如下結(jié)果。

（1）水泵工況運(yùn)行時(shí)頂蓋水平振動(dòng)中新出現(xiàn)了幅值較大的一倍葉片過(guò)流頻率56.25 Hz、兩倍葉片過(guò)流頻率112.5 Hz（動(dòng)靜干涉頻率）和204.72 Hz頻率成分，其中一倍與兩倍葉片過(guò)流頻率為典型的水力激振頻率，而對(duì)比項(xiàng)蓋的固有頻率計(jì)算報(bào)告未發(fā)現(xiàn)204.72 Hz頻率成分，對(duì)比電站地下廠房結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析報(bào)告發(fā)現(xiàn)，當(dāng)圍巖變模為10 GPa和20 GPa時(shí)機(jī)墩的第19階白振頻率為206.42 H z和206.83 H z，考慮到計(jì)算誤差且原報(bào)告基于廠房中間2、3號(hào)機(jī)組進(jìn)行計(jì)算，而實(shí)際1號(hào)機(jī)組邊界條件與計(jì)算略有差異，因此該頻率成分最大可能為廠房自激振動(dòng)傳遞導(dǎo)致的機(jī)組振動(dòng)；頂蓋垂直振動(dòng)中除出現(xiàn)幅值較大的一倍葉片過(guò)流頻率56 25 Hz和兩倍葉片過(guò)流頻率112.5 Hz外，還出現(xiàn)了261 Hz頻率成分，經(jīng)對(duì)比項(xiàng)蓋剛強(qiáng)度和廠房動(dòng)力分析報(bào)告，兩個(gè)報(bào)告均考慮到高階的振動(dòng)頻率成分的激振能量較小未對(duì)較高的固有頻率進(jìn)行計(jì)算，而激發(fā)這一頻率的來(lái)源極有可能來(lái)自項(xiàng)蓋自激振動(dòng)或廠房自激振動(dòng)所傳遞。從項(xiàng)蓋垂直振動(dòng)測(cè)點(diǎn)頻譜上看261 Hz頻率成分為第四階主頻成分，因此在以后的蓄能電站廠房及機(jī)組結(jié)構(gòu)部件的動(dòng)力分析報(bào)告中應(yīng)對(duì)高頻分量予以充分考量。

（2）兩種工況下，上機(jī)架水平與垂直振動(dòng)頻率成分未發(fā)生明顯改變，主要頻率成分單一，均為轉(zhuǎn)頻分量?；祛l幅值與轉(zhuǎn)頻幅值方面，水泵工況較調(diào)相工況略大，說(shuō)明水泵工況上機(jī)架承受載荷較調(diào)相工況大，兩種工況下考慮到水泵工況時(shí)機(jī)組負(fù)荷具有明顯改變，因此上機(jī)架振動(dòng)變化主要由負(fù)荷變化所產(chǎn)生。

（3）兩種工況下，定子基座水平振動(dòng)主要頻率成分單一，以轉(zhuǎn)頻分量為主。混頻幅值與轉(zhuǎn)頻幅值方面，水泵工況較調(diào)相工況小，這與擺度的變化趨勢(shì)基本一致。考慮到抽水蓄能機(jī)組轉(zhuǎn)輪與常規(guī)水電機(jī)組轉(zhuǎn)輪的差異，蓄能機(jī)組轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)均采用水泵方向設(shè)計(jì)、水輪機(jī)方向校核的方式進(jìn)行，因此水泵工況下的轉(zhuǎn)輪在最優(yōu)工況點(diǎn)工作，機(jī)組的穩(wěn)定性較佳。而在SCP工況時(shí)，來(lái)自上、下迷宮環(huán)的冷卻水和活動(dòng)導(dǎo)葉端面間隙的滲漏水在活動(dòng)導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪之間形成水環(huán)，當(dāng)水環(huán)厚度較大時(shí)將造成轉(zhuǎn)輪室內(nèi)壓力脈動(dòng)增大，造成機(jī)組的振動(dòng)、擺度等穩(wěn)定性較抽水工況偏大。定子基座垂直振動(dòng)中出現(xiàn)了較為明顯的兩倍葉片過(guò)流頻率（動(dòng)靜干涉頻率），考慮到這一頻率成分產(chǎn)生于無(wú)葉區(qū)，這表明產(chǎn)生于動(dòng)靜干涉現(xiàn)象垂直向上傳遞至定子基座。而水平振動(dòng)未發(fā)現(xiàn)明顯的葉片干擾頻率，因此動(dòng)靜干涉在對(duì)定子基座的影響上主要表現(xiàn)在垂直方向，即垂直向上傳播，在水平方向上傳影響較小。

（4）兩種工況下，下機(jī)架水平振動(dòng)頻率成分未發(fā)生明顯改變，主要頻率成分單一，均為轉(zhuǎn)頻分量，混頻幅值與轉(zhuǎn)頻幅值基本相當(dāng)；下機(jī)架垂直振動(dòng)中的75 Hz頻率成分水泵工況下較調(diào)相工況下明顯增強(qiáng)，造成這一現(xiàn)象振動(dòng)原因可以解釋為：水泵穩(wěn)定泵水工況時(shí)推力軸承承受的載荷較調(diào)相工況明顯增大，同時(shí)考慮到推力瓦數(shù)目為12，因此在轉(zhuǎn)速相同的情況下，水泵工況下推力瓦通過(guò)頻率75 Hz引起的振動(dòng)較調(diào)相工況大（這一頻率類似與無(wú)葉區(qū)的一倍葉片過(guò)流頻率）。水泵工況下運(yùn)行時(shí)，受動(dòng)靜干涉影響，下機(jī)架垂直振動(dòng)中出現(xiàn)了較為明顯的兩倍葉片過(guò)流頻率，而這一頻率成分為軸系或廠房振動(dòng)所傳遞，這進(jìn)一步表明了動(dòng)靜干涉現(xiàn)象的傳播主要是垂直方向傳播，水平方向影響較小。

（5）兩種工況下，調(diào)相運(yùn)行擺度較抽水工況的混頻與轉(zhuǎn)頻幅值均大，與定子基座水平振動(dòng)趨勢(shì)相同，這表明水力干擾并不必然引起機(jī)組擺度的增大，對(duì)于測(cè)試機(jī)組而言，水泵工況的負(fù)荷增加使機(jī)組運(yùn)行更加平穩(wěn)，且水泵工況時(shí)轉(zhuǎn)輪在最優(yōu)工作點(diǎn)運(yùn)行，無(wú)水環(huán)所產(chǎn)生的附加影響；頻率成分上，水導(dǎo)擺度出現(xiàn)了葉片干擾成分，而在上導(dǎo)和下導(dǎo)擺度上則不明顯，因此位于項(xiàng)蓋位置處的水導(dǎo)更容易受機(jī)組水力因素干擾。

4總結(jié)

針對(duì)仙居電站首臺(tái)機(jī)組的調(diào)試過(guò)程中調(diào)相壓水與穩(wěn)態(tài)抽水兩種不同工況下的機(jī)組振動(dòng)與擺度數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，獲得了水力因素影響下的機(jī)組振動(dòng)與擺度時(shí)域與頻域信號(hào)特征差異，分析結(jié)果表明：承受垂直載荷部件振動(dòng)幅值水泵工況較調(diào)相工況略有增大趨勢(shì)；項(xiàng)蓋振動(dòng)含有豐富的水力干擾成分，受無(wú)葉區(qū)動(dòng)靜干涉、葉片過(guò)流等水力激振影響最為明顯；動(dòng)靜干涉現(xiàn)象影響在垂直方向較水平方向大，且在垂直方向上傳播逐漸衰減；水力激振導(dǎo)致部分測(cè)點(diǎn)的頻率成分發(fā)生明顯變化，但并不一定引起機(jī)組振動(dòng)與擺度混頻幅值的增大；考慮到機(jī)組振動(dòng)中含有較為明顯的高頻成分，而這些成分可能與廠房某些部件的固有頻率接近因此廠房與機(jī)組動(dòng)力分析報(bào)告應(yīng)包含可能的高階頻率成分。