基于SMA2000系統(tǒng)對白市水電站2號機(jī)組強(qiáng)迫補(bǔ)氣試驗振擺數(shù)據(jù)對比淺析

(五凌電力有限公司發(fā)電集控中心，湖南 長沙 410000)

白市水電站位于沅水干流上游河段清水江的下游，壩址位于貴州省黔東南苗族侗族自治州天柱縣境內(nèi)，以發(fā)電為主，兼有航運(yùn)等綜合利用效益。電站安裝了3臺140MW的立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，保證出力90MW，多年平均發(fā)電量12.36億kW·h，電能通過500 kV白艷線送出至湖南懷化艷山紅開關(guān)站，為華中電網(wǎng)湘西南水電群的骨干電源，承擔(dān)電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻、事故備用等任務(wù)。

SMA2000系統(tǒng)是北京中水科水電科技開發(fā)有限公司以H9000計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，開發(fā)的水電站機(jī)組及其附屬設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與趨勢分析系統(tǒng)。

1 機(jī)組頂蓋振動超標(biāo)、廠房共振情況

1.1 存在的主要問題

白市水電站自2013年4月3臺機(jī)組投產(chǎn)以來，一直存在以下兩個問題：一是機(jī)組頂蓋垂直振動在各個水頭下、較大負(fù)荷范圍內(nèi)的超標(biāo)現(xiàn)象，最大達(dá)到171μm(國標(biāo)為不超過110μm)，造成機(jī)組運(yùn)行區(qū)間過窄；二是機(jī)組在較大負(fù)荷下運(yùn)行時出現(xiàn)了機(jī)組、廠房樓板的間歇性劇烈振動現(xiàn)象。

1.2 計劃采取的措施

為探討頂蓋異常振動的原因，緩解其造成的不利影響，電站于2017年9月22—27日，利用機(jī)組停電檢修機(jī)會，組織進(jìn)行了2號機(jī)組頂蓋真空破壞閥處強(qiáng)迫補(bǔ)氣、頂蓋無葉區(qū)強(qiáng)迫補(bǔ)氣對機(jī)組、廠房振動影響驗證試驗。通過試驗方式，確定通過頂蓋真空破壞閥處強(qiáng)迫補(bǔ)氣、頂蓋無葉區(qū)鉆孔強(qiáng)迫補(bǔ)氣改善機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下水輪機(jī)頂蓋、廠房振動的可行性。

2 試驗原理、項目

2.1 試驗原理

a.頂蓋真空破壞閥處強(qiáng)迫補(bǔ)氣對機(jī)組、廠房減振效果驗證試驗。在頂蓋真空破壞閥正常運(yùn)行、對真空破壞閥強(qiáng)迫補(bǔ)氣兩種條件下，測試機(jī)組、廠房振動情況，確認(rèn)通過頂蓋真空破壞閥強(qiáng)迫補(bǔ)氣對降低機(jī)組、廠房振動位移幅值的可行性。

b.頂蓋無葉區(qū)強(qiáng)迫補(bǔ)氣對機(jī)組、廠房減振效果驗證試驗。在機(jī)組正常狀態(tài)運(yùn)行、在頂蓋無葉區(qū)鉆孔強(qiáng)迫補(bǔ)氣兩種條件下，測試機(jī)組、廠房振動情況，確認(rèn)通過頂蓋無葉區(qū)鉆孔強(qiáng)迫補(bǔ)氣降低機(jī)組、廠房振動位移幅值的可行性。

2.2 試驗項目

該試驗內(nèi)容共3項：一是頂蓋真空破壞閥處強(qiáng)迫補(bǔ)氣時機(jī)組與廠房振動試驗；二是頂蓋無葉區(qū)強(qiáng)迫補(bǔ)氣時機(jī)組與廠房振動試驗；三是頂蓋真空破壞閥自然補(bǔ)氣時機(jī)組與廠房振動試驗。

3 試驗準(zhǔn)備

a.頂蓋無葉區(qū)鉆孔、強(qiáng)迫補(bǔ)氣管路安裝。根據(jù)現(xiàn)場頂蓋空間位置，在與大軸等距離位置均勻鉆出12個φ22孔，6段補(bǔ)氣環(huán)管通過法蘭連接合成整體(見圖1)。強(qiáng)迫補(bǔ)氣管路引氣自低壓氣系統(tǒng)儲氣罐，并裝有補(bǔ)氣總閥。

b.真空破壞閥拆除、強(qiáng)迫補(bǔ)氣管路安裝。頂蓋上兩個真空破壞閥安裝位置已安裝帶管路悶板，悶板管路與強(qiáng)迫補(bǔ)氣環(huán)管連接可靠，并裝有可控制補(bǔ)氣量的閥門(見圖1)。

圖1 強(qiáng)迫補(bǔ)氣管路安裝示意圖

c.測點(diǎn)布置情況見下表。

試驗測點(diǎn)統(tǒng)計表

d.上游水位在297.00～300.00m之間，水頭控制在(48±1)m范圍內(nèi)。

4 試驗過程

4.1 頂蓋真空破壞閥處強(qiáng)迫補(bǔ)氣時機(jī)組與廠房振動試驗

4.1.1 試驗條件

a.頂蓋無葉區(qū)補(bǔ)氣回路閥門可靠關(guān)閉(12個)。

b.真空破壞閥處強(qiáng)迫補(bǔ)氣閥門(2個)保持全開。

c.低壓氣系統(tǒng)工作正常，補(bǔ)氣總閥可靠關(guān)閉。

4.1.2 試驗流程及調(diào)整原則

a.試驗條件滿足要求后，機(jī)組自動開機(jī)并網(wǎng)。

b.對2號機(jī)組進(jìn)行單向負(fù)荷調(diào)整，調(diào)整原則如下：

第一步：由小到大調(diào)整，即將機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定在20MW、30MW、40MW、50MW、60MW、70MW、80MW、90MW、100MW、110MW、120MW、130MW、140MW各2～3min。

第二步：由大到小調(diào)整，即將機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定在135MW、125MW、115MW、105MW、95MW、85MW、75MW、65MW、55MW、45MW、35MW、25MW、15MW各2～3min。

c.打開補(bǔ)氣總閥至全開進(jìn)行真空破壞閥處強(qiáng)迫補(bǔ)氣，當(dāng)氣罐壓力不再變化時，記錄各測點(diǎn)數(shù)據(jù)。

d.關(guān)閉補(bǔ)氣總閥，恢復(fù)儲氣罐壓力，機(jī)組調(diào)整負(fù)荷至下一個試驗工況。

e.重復(fù)b、c、d步驟完成該試驗。

4.2 頂蓋無葉區(qū)強(qiáng)迫補(bǔ)氣時機(jī)組與廠房振動試驗

4.2.1 試驗條件

a.頂蓋無葉區(qū)補(bǔ)氣回路閥門保持全開(12個)。

b.真空破壞閥處強(qiáng)迫補(bǔ)氣閥門(2個)可靠關(guān)閉。

c.低壓氣系統(tǒng)工作正常，補(bǔ)氣總閥可靠關(guān)閉。

4.2.2 試驗流程及調(diào)整原則

a.試驗條件滿足要求后，機(jī)組自動開機(jī)并網(wǎng)。

b.對2號機(jī)組進(jìn)行單向負(fù)荷調(diào)整，調(diào)整原則如下：

第一步：由小到大調(diào)整，即將機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定在20MW、30MW、40MW、50MW、60MW、70MW、80MW、90MW、100MW、110MW、120MW、130MW、140MW各2～3min。

第二步：由大到小調(diào)整，即將機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定在135MW、125MW、115MW、105MW、95MW、85MW、75MW、65MW、55MW、45MW、35MW、25MW、15MW各2～3min。

c.打開補(bǔ)氣總閥至全開進(jìn)行頂蓋無葉區(qū)強(qiáng)迫補(bǔ)氣，當(dāng)氣罐壓力不再變化時，記錄各測點(diǎn)數(shù)據(jù)。

d.關(guān)閉補(bǔ)氣總閥，恢復(fù)儲氣罐壓力，機(jī)組調(diào)整負(fù)荷至下一個試驗工況。

e.重復(fù)b、c、d步驟完成該試驗。

4.3 頂蓋真空破壞閥自然補(bǔ)氣時機(jī)組與廠房振動試驗

4.3.1 試驗條件

a.真空破壞閥已回裝到位，能正常工作。

b.頂蓋無葉區(qū)補(bǔ)氣回路閥門(12個)可靠關(guān)閉。

4.3.2 試驗流程及調(diào)整原則

a.試驗條件滿足要求后，機(jī)組自動開機(jī)并網(wǎng)。

b.對2號機(jī)組進(jìn)行單向負(fù)荷調(diào)整，調(diào)整原則如下：

第一步：由小到大調(diào)整，即將機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定在20MW、30MW、40MW、50MW、60MW、70MW、80MW、90MW、100MW、110MW、120MW、130MW、140MW各2～3min。

第二步：由大到小調(diào)整，即將機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定在135MW、125MW、115MW、105MW、95MW、85MW、75MW、65MW、55MW、45MW、35MW、25MW、15MW各2～3min。

c.記錄各測點(diǎn)數(shù)據(jù)。

d.機(jī)組調(diào)整負(fù)荷至下一個試驗工況。

e.重復(fù)b、c、d步驟完成該試驗。

5 試驗數(shù)據(jù)

通過SMA2000系統(tǒng)對白市水電站2號機(jī)組強(qiáng)迫補(bǔ)氣試驗振擺數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、對比。

a.真空破壞閥處強(qiáng)迫補(bǔ)氣時振擺數(shù)據(jù)對比情況見圖2～圖6。

圖2 真空破壞閥處強(qiáng)迫補(bǔ)氣時下導(dǎo)振擺數(shù)據(jù)對比

圖3 真空破壞閥處強(qiáng)迫補(bǔ)氣時水導(dǎo)振擺數(shù)據(jù)對比

圖4 真空破壞閥處強(qiáng)迫補(bǔ)氣時下機(jī)架振擺數(shù)據(jù)對比

圖5 真空破壞閥處強(qiáng)迫補(bǔ)氣時頂蓋振擺數(shù)據(jù)對比

圖6 真空破壞閥處強(qiáng)迫補(bǔ)氣時蝸殼進(jìn)口水壓脈動數(shù)據(jù)對比

b.頂蓋無葉區(qū)強(qiáng)迫補(bǔ)氣時振擺數(shù)據(jù)對比情況見圖7～圖11。

圖7 頂蓋無葉區(qū)強(qiáng)迫補(bǔ)氣時下導(dǎo)振擺數(shù)據(jù)對比

圖8 頂蓋無葉區(qū)強(qiáng)迫補(bǔ)氣時水導(dǎo)振擺數(shù)據(jù)對比

圖9 頂蓋無葉區(qū)強(qiáng)迫補(bǔ)氣時下機(jī)架振擺數(shù)據(jù)對比

圖10 頂蓋無葉區(qū)強(qiáng)迫補(bǔ)氣時頂蓋振擺數(shù)據(jù)對比

圖11 頂蓋無葉區(qū)強(qiáng)迫補(bǔ)氣時蝸殼進(jìn)口壓力數(shù)據(jù)對比

6 試驗初步結(jié)論

初步結(jié)果表明，在48m水頭左右試驗工況下，頂蓋真空破壞閥處強(qiáng)迫補(bǔ)氣對機(jī)組0～40MW負(fù)荷段運(yùn)

行穩(wěn)定性有改善作用，對機(jī)組80～100MW負(fù)荷段運(yùn)行穩(wěn)定性有劣化作用，對其他負(fù)荷段影響不明顯；頂蓋無葉區(qū)強(qiáng)迫補(bǔ)氣對機(jī)組全負(fù)荷段運(yùn)行穩(wěn)定性和廠房振動有改善作用，其中機(jī)組80～100MW負(fù)荷段運(yùn)行穩(wěn)定性改善較為明顯。

7 建 議

建議電站在上述試驗初步結(jié)論的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對頂蓋無葉區(qū)強(qiáng)迫補(bǔ)氣方案進(jìn)行優(yōu)化、論證，包括用氣量要求、空壓機(jī)匹配換型以及是否增加頂蓋無葉區(qū)強(qiáng)迫補(bǔ)氣孔數(shù)量等；研究論證改變轉(zhuǎn)輪泄壓通道對機(jī)組振動改善的可行性等。以期大幅改善甚至徹底解決機(jī)組、廠房的間歇性劇烈振動現(xiàn)象。

[1] GB/T 8564—2003水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2003.

[2] 賈允,周亞信.中小型水輪機(jī)補(bǔ)氣及裝置設(shè)計[J].大電機(jī)技術(shù),2002(1):37-41.

[3] 萬鵬,王海，陳喜陽,等.三峽左岸電站6號機(jī)組強(qiáng)迫補(bǔ)氣試驗研究[J].水電自動化與大壩監(jiān)測,2005(6):28-30.