掛治水電廠22M水頭下協(xié)聯(lián)關(guān)系試驗(yàn)研究

馬開(kāi)科　許巍

摘 要：掛治水電廠采用軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組，該類型機(jī)組具有雙重調(diào)節(jié)功能，機(jī)組自動(dòng)運(yùn)行時(shí)能夠以一種協(xié)聯(lián)關(guān)系同時(shí)調(diào)節(jié)導(dǎo)葉開(kāi)度和槳葉開(kāi)度，進(jìn)而改變機(jī)組出力。本文主要講述了掛治電廠研究軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組在22m水頭下尋找最優(yōu)協(xié)聯(lián)曲線的過(guò)程，通過(guò)對(duì)軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組協(xié)聯(lián)曲線的優(yōu)化，提高了機(jī)組運(yùn)行安全穩(wěn)定性，最大限度發(fā)揮了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：軸流轉(zhuǎn)槳式；協(xié)聯(lián)曲線；相對(duì)效率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.136

1 電廠概況

掛治水電廠位于貴州省清水江中下游錦屏縣境內(nèi)。電站最大水頭25.29 m，最小水頭12.9 m，額定水頭20.7 m，額定流量270.4 m?/s。電站總裝機(jī)容量150MW，安裝3臺(tái)單機(jī)容量50MW的軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組，多年平均發(fā)電量4.021億kW·h，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。

2 協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化的原因

掛治水電廠目前采用的協(xié)聯(lián)曲線是機(jī)組制造廠商通過(guò)機(jī)組模型試驗(yàn)方法求得的。電廠發(fā)現(xiàn)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)機(jī)組并未能始終運(yùn)行在高效區(qū)，考慮到下游白市水電廠蓄水會(huì)造成掛治電廠尾水抬高，機(jī)組運(yùn)行的水頭會(huì)進(jìn)一步降低，原有的協(xié)聯(lián)曲線不能適合實(shí)際運(yùn)行工況。協(xié)聯(lián)關(guān)系不好，既降低了機(jī)組的出力，造成機(jī)組振動(dòng)變大，影響了機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性；同時(shí)又使得發(fā)電耗水率增大，造成水能資源的浪費(fèi)。為了進(jìn)一步深挖電廠發(fā)電潛能，最大限度的發(fā)揮機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，提高機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性，電廠對(duì)22m水頭下機(jī)組的協(xié)聯(lián)曲線進(jìn)行了研究，找出了機(jī)組在22m水頭下的最優(yōu)工況，為以后協(xié)聯(lián)曲線的優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。

3 協(xié)聯(lián)關(guān)系測(cè)量過(guò)程

3.1 布置測(cè)點(diǎn)

將振動(dòng)、電渦流以及壓力脈動(dòng)傳感器按照測(cè)試規(guī)程要求安裝在機(jī)組各部位?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)實(shí)際布置情況見(jiàn)表1。

3.2 原協(xié)聯(lián)關(guān)系測(cè)試

將試驗(yàn)水頭調(diào)整至22.6m水頭，機(jī)組自動(dòng)并網(wǎng)至空載開(kāi)度，調(diào)速器切現(xiàn)地控制方式，協(xié)聯(lián)置自動(dòng)狀態(tài)，手動(dòng)調(diào)節(jié)導(dǎo)葉開(kāi)度，導(dǎo)葉開(kāi)度分別穩(wěn)定在27.10%、34.60%、41.00%、44.50%、48.70%、52.00%、55.10%、58.10%、61.30%、64.33%、67.40%、70.41%、73.40%、76.70%、80.23%，每個(gè)工況點(diǎn)穩(wěn)定3分鐘左右，記錄各電測(cè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

3.3 協(xié)聯(lián)關(guān)系試驗(yàn)

將試驗(yàn)水頭調(diào)整至22.6m水頭，選定導(dǎo)葉開(kāi)度為35%、45%、55%、65%、75%，各導(dǎo)葉開(kāi)度下調(diào)整5個(gè)左右的槳葉開(kāi)度，在各槳葉開(kāi)度工況穩(wěn)定3分鐘左右，記錄各電測(cè)測(cè)點(diǎn)和人工測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并通過(guò)這些數(shù)據(jù)畫(huà)出機(jī)組在該導(dǎo)葉開(kāi)度下的綜合運(yùn)行狀態(tài)圖。圖1至圖5為機(jī)組在導(dǎo)葉試驗(yàn)開(kāi)度下的綜合運(yùn)行狀態(tài)圖，X軸系為槳葉開(kāi)度。

從圖1可以看出當(dāng)導(dǎo)葉開(kāi)度在35%時(shí)，機(jī)組的相對(duì)效率先隨著槳葉開(kāi)度的增大而增大，當(dāng)槳葉開(kāi)度增加到16.48%時(shí)出現(xiàn)下降拐點(diǎn)，而此時(shí)水導(dǎo)擺度、頂蓋及下機(jī)架振動(dòng)、尾水及頂蓋下壓力脈動(dòng)均是最低點(diǎn)，由此可見(jiàn)當(dāng)導(dǎo)葉開(kāi)度在35%時(shí)，槳葉開(kāi)度的最優(yōu)協(xié)聯(lián)狀態(tài)為16.48%。

從圖2可以看出當(dāng)導(dǎo)葉開(kāi)度在45%時(shí)，雖然機(jī)組的相對(duì)效率隨著槳葉開(kāi)度的增大而增大，但同時(shí)機(jī)組的水導(dǎo)擺度、頂蓋及下機(jī)架振動(dòng)、尾水及頂蓋下壓力脈動(dòng)等機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)參數(shù)也隨之增大，其中槳葉開(kāi)度超過(guò)24.59%后這些參數(shù)隨著槳葉開(kāi)度的增加在急速增加，因此綜合考慮機(jī)組相對(duì)效率和運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，我們找到了當(dāng)導(dǎo)葉開(kāi)度在45%時(shí)，槳葉開(kāi)度的最優(yōu)協(xié)聯(lián)狀態(tài)為22.48%。

從圖3可以看出當(dāng)導(dǎo)葉開(kāi)度在55%時(shí)，機(jī)組的相對(duì)效率隨著槳葉開(kāi)度的增大先以較快的速度增加后逐漸趨于平緩，水導(dǎo)擺度先小幅波動(dòng)后急速增加，頂蓋振動(dòng)先小幅度增大后急速增大，尾水及頂蓋下壓力脈動(dòng)在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程基本無(wú)變化，綜合考慮得出當(dāng)導(dǎo)葉開(kāi)度55%時(shí)，槳葉開(kāi)度的最優(yōu)協(xié)聯(lián)狀態(tài)為42.50%。

從圖4可以看出當(dāng)導(dǎo)葉開(kāi)度在65%時(shí)，機(jī)組的相對(duì)效率隨著槳葉開(kāi)度的增大小幅增大，而機(jī)組的擺度和振動(dòng)先小幅度增大后急速增大，頂蓋及尾水壓力脈動(dòng)基本無(wú)變化，綜合考慮機(jī)組效率增加和機(jī)組穩(wěn)定性要求，找出了當(dāng)導(dǎo)葉開(kāi)度65%時(shí)，槳葉開(kāi)度的最優(yōu)協(xié)聯(lián)狀態(tài)為64.05%。

從圖5可以看出當(dāng)導(dǎo)葉開(kāi)度在75%時(shí)，機(jī)組的相對(duì)效率先隨著槳葉開(kāi)度的增大而增大，當(dāng)槳葉開(kāi)度增加到81.96%時(shí)出現(xiàn)下降拐點(diǎn)，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中水導(dǎo)擺度、頂蓋及下機(jī)架振動(dòng)、尾水及頂蓋下壓力脈動(dòng)變化幅度均較小，機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)相對(duì)平穩(wěn)，因此可見(jiàn)當(dāng)導(dǎo)葉開(kāi)度在75%時(shí)，槳葉開(kāi)度的最優(yōu)協(xié)聯(lián)狀態(tài)為81.96%。

經(jīng)過(guò)上述分析可得出導(dǎo)葉在試驗(yàn)開(kāi)度下的槳葉最優(yōu)協(xié)聯(lián)狀態(tài)如下表3所示。

通過(guò)表3的試驗(yàn)結(jié)果，可以繪制出22.6m水頭下，導(dǎo)葉與槳葉優(yōu)化后的協(xié)聯(lián)曲線，從該曲線上可以得到協(xié)聯(lián)優(yōu)化后每個(gè)導(dǎo)葉開(kāi)度對(duì)應(yīng)的槳葉開(kāi)度，如圖6和表4。

3.4 協(xié)聯(lián)關(guān)系試驗(yàn)分析

3.4.1 協(xié)聯(lián)曲線對(duì)比

優(yōu)化前后協(xié)聯(lián)關(guān)系對(duì)比如圖7。

3.4.2 效率對(duì)比

對(duì)協(xié)聯(lián)試驗(yàn)中，導(dǎo)葉開(kāi)度為35%、45%、55%、65%、75%工況協(xié)聯(lián)關(guān)系優(yōu)化前后的相對(duì)效率進(jìn)行了對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表5。通過(guò)協(xié)聯(lián)優(yōu)化機(jī)組效率有不同程度增加，在各試驗(yàn)點(diǎn)效率增幅為2.39%～14.48%，特別是當(dāng)導(dǎo)葉開(kāi)度在35%時(shí)，效率提升14.48%，可見(jiàn)在導(dǎo)葉小開(kāi)度下效率增加尤為明顯。

3.4.3 穩(wěn)定性狀況對(duì)比

對(duì)機(jī)組穩(wěn)定性情況進(jìn)行協(xié)聯(lián)優(yōu)化前后進(jìn)行了對(duì)比，水導(dǎo)X/Y方向擺度優(yōu)化后得到了改善，在導(dǎo)葉小開(kāi)度下改善尤為明顯；下機(jī)架振動(dòng)、頂蓋振動(dòng)在導(dǎo)葉開(kāi)度較小時(shí)得到了極大的改善，但隨著導(dǎo)葉開(kāi)度的增大下機(jī)架及頂蓋振動(dòng)有小幅上升的趨勢(shì)；頂蓋下水壓及尾水進(jìn)口壓力脈動(dòng)基本與協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化前基本一致。由此可見(jiàn)，通過(guò)優(yōu)化機(jī)組的協(xié)聯(lián)曲線，機(jī)組穩(wěn)定性狀況得到明顯改善，機(jī)組穩(wěn)定性狀態(tài)優(yōu)良。

4 結(jié)束語(yǔ)

掛治水電廠通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等手段成功完成了22m水頭下的協(xié)聯(lián)曲線研究，找出了該水頭下的最優(yōu)協(xié)聯(lián)曲線。在新的協(xié)聯(lián)曲線下，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性狀態(tài)得到了改善，水輪機(jī)的效率得到了提高。但目前掛治電廠僅僅研究了22m水頭下協(xié)聯(lián)曲線，下一步還需研究其他水頭下協(xié)聯(lián)情況，不斷完善機(jī)組的協(xié)聯(lián)曲線。

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