江埡水電站水力發(fā)電機(jī)組振動區(qū)分析

梁 浩

（湖南澧水流域水利水電開發(fā)有限責(zé)任公司 長沙市 410014）

1 電站概況

江埡水庫位于湖南張家界市慈利縣境內(nèi)的澧水一級支流溇水中游，下距慈利縣城57 km，是澧水流域興建的第一個防洪骨干工程。 水庫以防洪為主，兼有發(fā)電、灌溉、供水、航運(yùn)、旅游等綜合利用。 電站裝有3 臺100 MW 的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，設(shè)計水頭80 m，最大水頭為109.5 m，年發(fā)電量7.56 億kW·h。1999年5月、6月、12月電站1#、2#、3#機(jī)組相繼投產(chǎn)發(fā)電，2003年1月水庫通過國家竣工驗(yàn)收。 作為湖南電網(wǎng)湘西北的主要電源點(diǎn)，電站主要起到調(diào)頻、調(diào)峰和事故備用的作用。

2 機(jī)組技術(shù)參數(shù)及運(yùn)行狀況

2.1 技術(shù)參數(shù)（表1）

表1 技術(shù)參數(shù)

2.2 依據(jù)國家和行業(yè)相關(guān)規(guī)程規(guī)范以及廠家設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)組各測點(diǎn)允許值見表2。

表2 機(jī)組各測點(diǎn)允許值

2.3 機(jī)組運(yùn)行狀況

江埡水電站自1999年12月份機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電以來，機(jī)組在湖南省電網(wǎng)中主要承擔(dān)調(diào)峰調(diào)頻任務(wù)，長時間處于低負(fù)荷運(yùn)行，機(jī)組運(yùn)行狀況不佳。 特別是自2003年3月份以來，由于機(jī)組AGC 調(diào)節(jié)性能相對良好，因此AGC 長期投入運(yùn)行，負(fù)荷調(diào)節(jié)相當(dāng)頻繁，更是嚴(yán)重影響到機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

具體表現(xiàn)為：水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片多處出現(xiàn)裂紋，上冠及下環(huán)出現(xiàn)嚴(yán)重蜂窩狀汽蝕孔，轉(zhuǎn)輪配重部位蓋板磨損；振動擺度異常(振動最劇烈時，上導(dǎo)擺度在0.4 mm 以上，下導(dǎo)擺度在0.9 mm 以上，上機(jī)架水平振動在0.17 mm 以上)；上機(jī)架千斤頂?shù)牡啬_螺栓開始出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象；導(dǎo)軸承抗磨塊出現(xiàn)了凹槽；尾水管肘管與混凝土結(jié)合處部分鋼板剝落。

雖然AGC 在投入運(yùn)行時，電站已經(jīng)考慮了設(shè)立禁止運(yùn)行區(qū)，以避開機(jī)組在小開度、低負(fù)荷工況下運(yùn)行，但此區(qū)間設(shè)置只是根據(jù)機(jī)組在線檢測系統(tǒng)運(yùn)行情況和多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的理論推斷，并未進(jìn)行專門的試驗(yàn)作為參考，因此并不能準(zhǔn)確和完全反應(yīng)機(jī)組振動區(qū)間范圍。

3 試驗(yàn)分析

為掌握江埡機(jī)組在不同水頭下的運(yùn)行穩(wěn)定性及振動變化趨勢，準(zhǔn)確找出振動區(qū)，指導(dǎo)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，我們對江埡水電站3＃機(jī)組進(jìn)行了（71～107）m之間7個水頭下的穩(wěn)定性試驗(yàn)。

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

我們對機(jī)組振動擺度和蝸殼、尾水管水壓脈動情況的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了歸納匯總：

（1）71 m 水頭下，機(jī)組負(fù)荷在空載時上導(dǎo)、下導(dǎo)擺度和頂蓋垂直振動均超標(biāo)，在（0～8）MW 負(fù)荷區(qū)間下導(dǎo)擺度和頂蓋垂直振動均超標(biāo)，在（0～56）MW負(fù)荷區(qū)間下導(dǎo)擺度超標(biāo)。 尾水管水壓脈動比雖未超過允許值，但在16 MW 時達(dá)到10.47，56 MW 時達(dá)到9.38，略微偏大。

（2）75 m 水頭下，機(jī)組下導(dǎo)擺度在全負(fù)荷范圍內(nèi)都超標(biāo)，在（0～60）MW 區(qū)間上導(dǎo)擺度超標(biāo)。

（3）83 m 水頭下，機(jī)組負(fù)荷在（0～60）MW 區(qū)間下導(dǎo)擺度超標(biāo)。

（4）87 m 水頭下，機(jī)組負(fù)荷在空載時上導(dǎo)、下導(dǎo)擺度和頂蓋振動均超標(biāo)，在（0～11）MW 負(fù)荷區(qū)間頂蓋水平振動超標(biāo)，在（0～70.2）MW 負(fù)荷區(qū)間下導(dǎo)擺度超標(biāo)。

（5）91 m和107 m 水頭下，機(jī)組上導(dǎo)和下導(dǎo)擺度在全負(fù)荷范圍內(nèi)都超標(biāo)。

（6）97 m 水頭下，機(jī)組下導(dǎo)擺度在全負(fù)荷范圍內(nèi)都超標(biāo)，在（0～80）MW 區(qū)間上導(dǎo)擺度超標(biāo)。尾水管水壓脈動在30 MW 時達(dá)到10.44。

3.2 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)江埡水電站3#機(jī)組各水頭下的穩(wěn)定性試驗(yàn)測試結(jié)果數(shù)據(jù)，我們可以看出，在中低部分負(fù)荷下，該機(jī)組上、下導(dǎo)擺度嚴(yán)重超標(biāo)，且尾水管水壓脈動偏大并有超標(biāo)現(xiàn)象，下導(dǎo)擺度隨水頭的增加有加劇趨勢。 根據(jù)規(guī)程允許范圍和機(jī)組運(yùn)行實(shí)際情況，將機(jī)組多個部位出現(xiàn)超標(biāo)的負(fù)荷區(qū)劃分為振動區(qū)。 機(jī)組各水頭下的“振動區(qū)”和“穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)”劃分結(jié)果如附圖。

附圖 機(jī)組各水頭下的 “振動區(qū)”和“穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)”劃分結(jié)果

4 機(jī)組運(yùn)行建議

鑒于江埡水電站其他兩臺機(jī)組與3#機(jī)型號相同、運(yùn)行條件和方式相同，為確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，建議在湖南電網(wǎng)調(diào)度許可的情況下，根據(jù)3#機(jī)穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)論，在機(jī)組運(yùn)行時，根據(jù)不同的水頭，對全廠和單機(jī)AGC 中設(shè)置的振動區(qū)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行方式，使機(jī)組多在穩(wěn)定高效區(qū)運(yùn)行，盡可能避開振動區(qū)域，減小機(jī)組的振動擺度，避免在超標(biāo)工況下運(yùn)行對機(jī)組各部件造成損壞。

同時，在日常運(yùn)行中充分利用機(jī)組在線監(jiān)測系統(tǒng)，嚴(yán)密觀察機(jī)組振動擺度變化趨勢，如有異常增大，應(yīng)立即停機(jī)檢修。