抽水蓄能機(jī)組調(diào)速器的導(dǎo)葉振動(dòng)分析

周祥 張龍歌 潘盈 楊敏之 李赟俐

摘要：導(dǎo)葉振動(dòng)是抽水蓄能機(jī)組調(diào)速器運(yùn)行中的常見現(xiàn)象，本文通過對(duì)抽蓄機(jī)組調(diào)速器一導(dǎo)葉振動(dòng)的原因和處理方式進(jìn)行分析，討論優(yōu)化導(dǎo)葉振動(dòng)現(xiàn)象的合理配置，并提出一種減少其振動(dòng)周期的有效辦法。

關(guān)鍵字：宜興;調(diào)速器;導(dǎo)葉振動(dòng);優(yōu)化配置

1 引言

調(diào)速器是抽蓄電站機(jī)組的核心組成部分，調(diào)速器調(diào)節(jié)品質(zhì)好壞對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性，對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量和安全具有重大意義。宜興公司調(diào)速器由GE生產(chǎn)，調(diào)速器電氣控制部分采用最新的OC6000E控制系統(tǒng)，整體而言由調(diào)速器電氣控制柜+液壓柜（油壓設(shè)備）+接力器構(gòu)成，主要功能結(jié)構(gòu)由以下部分組成。測(cè)量機(jī)構(gòu)：測(cè)量機(jī)組轉(zhuǎn)速偏差，并把偏差信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槲灰菩盘?hào)，然后輸出;放大機(jī)構(gòu)：位移變化→油壓變化;執(zhí)行機(jī)構(gòu)：主接力器，控制導(dǎo)葉開度，改變流量;反饋機(jī)構(gòu)：緩沖器和杠桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)調(diào)節(jié)使=時(shí)，反饋信號(hào)使調(diào)節(jié)停止。實(shí)際運(yùn)行過程中，調(diào)速器隨監(jiān)控負(fù)荷的變化，迅速改變機(jī)組的出力，并保持機(jī)組轉(zhuǎn)速和頻率變化在規(guī)定范圍內(nèi)。

2 調(diào)速器控制部分介紹

在調(diào)速器中導(dǎo)葉是執(zhí)行調(diào)速器功能的最終部分。導(dǎo)葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)與控制機(jī)構(gòu)必須充分的可靠才能保證負(fù)荷的穩(wěn)定性，機(jī)組運(yùn)行的安全性。然而在中小型水電站水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中，導(dǎo)葉擺動(dòng)的情況屢見不鮮。在宜興抽蓄各機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行過程中，導(dǎo)葉擺動(dòng)主要分為周期性擺動(dòng)及非周期性擺動(dòng)兩大類，這兩類擺動(dòng)一方面加劇了機(jī)組的整體振動(dòng)水平，影響各類元件的工作情況，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成機(jī)組事故停機(jī)，另一方面導(dǎo)葉的擺動(dòng)也會(huì)影響負(fù)荷的穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)造成巨大的發(fā)電量考核，影響經(jīng)濟(jì)效益。

3 導(dǎo)葉振動(dòng)原因分析

3.1測(cè)速裝置故障檢查

對(duì)離心飛擺裝置進(jìn)行斷電檢查，手動(dòng)撥動(dòng)飛擺裝置，檢查裝置是否存在輕微卡澀，之后用水平儀檢查，檢查裝置是否處在水平位置未傾斜，百分表測(cè)試，其轉(zhuǎn)動(dòng)水平/垂直差值小于00.3mm滿足要求，之后再次在各個(gè)轉(zhuǎn)速下對(duì)裝置組件的同心度進(jìn)行檢查。

3.2電網(wǎng)頻率波動(dòng)

一次調(diào)頻動(dòng)作情況，在頻率超過死區(qū)時(shí)，調(diào)速器正常動(dòng)作疊加負(fù)荷，導(dǎo)葉動(dòng)作趨勢(shì)平緩未有擺動(dòng)。在電網(wǎng)頻率未超越死區(qū)，在小范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，導(dǎo)葉也未有明顯的擺動(dòng)情況，同時(shí)檢查了一次調(diào)頻考核較為嚴(yán)重的情況，導(dǎo)葉也沒有出現(xiàn)隨著小頻差反復(fù)擺動(dòng)的情況

3.3勵(lì)磁參數(shù)設(shè)置不當(dāng)

檢查勵(lì)磁系統(tǒng)錄波儀，檢查勵(lì)磁電流輸出平穩(wěn)，同時(shí)關(guān)注機(jī)組整體振動(dòng)水平。

3.4調(diào)速器硬件故障

對(duì)調(diào)速器硬件部分進(jìn)行檢查，緊固端子，檢查測(cè)頻測(cè)速單元，檢測(cè)了各類電磁閥及繼電器，確保調(diào)速器柜硬件及其回路正常

3.5水力脈動(dòng)

對(duì)各臺(tái)機(jī)組啟停及穩(wěn)態(tài)運(yùn)行全過程進(jìn)行跟蹤，檢查同一流道相鄰機(jī)組啟停及負(fù)荷大幅度變化時(shí)，另一運(yùn)行機(jī)組導(dǎo)葉是否發(fā)生了劇烈擺動(dòng)，同時(shí)觀察檢查蝸殼和尾水管的水壓力產(chǎn)生周期性的振幅波動(dòng)。

3.6導(dǎo)葉氣蝕

水輪機(jī)的氣蝕現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，確實(shí)造成接力器的擺動(dòng)。這種擺動(dòng)的周期沒有規(guī)律，但擺動(dòng)的幅值與機(jī)組承擔(dān)負(fù)荷有關(guān)。其中氣蝕現(xiàn)象嚴(yán)重的機(jī)組擺動(dòng)情況尤為劇烈。

4.優(yōu)化配置策略

4.1定期處理導(dǎo)葉氣蝕

4.1.1.清理氣蝕區(qū)：對(duì)氣蝕區(qū)用電弧氣刨將氣蝕破壞區(qū)的氣蝕層剝?nèi)?，磨去表面滲碳層，使其露出新鮮的金屬。清理過程中，使清理的區(qū)域比實(shí)際氣蝕區(qū)大，使氣蝕鏟除的厚度應(yīng)由氣蝕區(qū)向非處理區(qū)逐漸減小;對(duì)個(gè)別氣蝕較深的點(diǎn)答應(yīng)保留，但其四周95%的面積上應(yīng)露出其母體金屬。2對(duì)氣蝕區(qū)補(bǔ)焊：對(duì)氣蝕破壞深度小于8mm的區(qū)域，經(jīng)清理后直接抗氣蝕焊條進(jìn)行堆焊;氣蝕破壞深度超過8mm的區(qū)域清理后，先用與母體材料化學(xué)成分相近的結(jié)427等焊條打底，然后再抗氣蝕焊條堆焊;若個(gè)別部位有撣邊的通?？捎貌讳P鋼板進(jìn)行整塊鑲補(bǔ);處理補(bǔ)焊后，對(duì)其進(jìn)行退火處理。

4.1.2增加調(diào)壓室

考慮在水輪機(jī)壓力水管和引水道之間修建調(diào)壓室，增設(shè)排氣設(shè)施。當(dāng)水輪機(jī)需水量忽然減小時(shí)，從引水道中流來的多余水量暫時(shí)進(jìn)入調(diào)壓室。而當(dāng)水輪機(jī)需水量忽然增大時(shí)，調(diào)壓室中可首先補(bǔ)充給予，減少水輪機(jī)壓力管和引水管中的水錘壓力產(chǎn)生，使運(yùn)行設(shè)備在水壓變化最小時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)處于最佳運(yùn)行方式。結(jié)合公司頒布的防球閥自激振蕩反措，攝取壓力水管中的壓力變化及機(jī)組運(yùn)行時(shí)調(diào)速系統(tǒng)的接力器擺動(dòng)，出現(xiàn)共振現(xiàn)象則立刻打開旁通閥。

在調(diào)速器電氣控制邏輯中新增水頭計(jì)算修正邏輯，由于調(diào)速器導(dǎo)葉開度受水頭影響，而水頭計(jì)算公式為壓力鋼管與尾水管壓力做差換算，因此添加修正系數(shù)，減少水力脈動(dòng)發(fā)生時(shí)造成的壓力測(cè)量偏差，同時(shí)，修正后的邏輯考慮了同一流道相鄰機(jī)組啟停及負(fù)荷劇烈變動(dòng)的情況，在檢測(cè)到壓力異常時(shí)，調(diào)整調(diào)節(jié)幅度和時(shí)間的搭量。

4.2定期處理導(dǎo)葉氣蝕

考慮在水輪機(jī)壓力水管和引水道之間修建調(diào)壓室，增設(shè)排氣設(shè)施。當(dāng)水輪機(jī)需水量忽然減小時(shí)，從引水道中流來的多余水量暫時(shí)進(jìn)入調(diào)壓室。而當(dāng)水輪機(jī)需水量忽然增大時(shí)，調(diào)壓室中可首先補(bǔ)充給予，減少水輪機(jī)壓力管和引水管中的水錘壓力產(chǎn)生，使運(yùn)行設(shè)備在水壓變化最小時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)處于最佳運(yùn)行方式。結(jié)合公司頒布的防球閥自激振蕩反措，攝取壓力水管中的壓力變化及機(jī)組運(yùn)行時(shí)調(diào)速系統(tǒng)的接力器擺動(dòng)，出現(xiàn)共振現(xiàn)象則立刻打開旁通閥。

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