黑麋峰電站1號(hào)機(jī)組發(fā)電工況軸承擺度與工況分析

吳　敏，張　濤

（國(guó)網(wǎng)新源湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南長(zhǎng)沙410213）

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黑麋峰電站1號(hào)機(jī)組發(fā)電工況軸承擺度與工況分析

吳敏，張濤

（國(guó)網(wǎng)新源湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南長(zhǎng)沙410213）

摘要：隨著電網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，電網(wǎng)負(fù)荷結(jié)構(gòu)日漸復(fù)雜，電網(wǎng)尖峰負(fù)荷飛快增長(zhǎng)，保證對(duì)尖峰發(fā)電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行尤為重要，本文目的在于通過(guò)研究抽水蓄能機(jī)組運(yùn)行振擺特性，從而控制蓄能機(jī)組小振擺運(yùn)行，保證對(duì)電網(wǎng)尖峰負(fù)荷的供應(yīng)。

關(guān)鍵詞：振擺；水頭；有功；分析

1　引言

湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司位于湖南省長(zhǎng)沙市望城縣橋驛鎮(zhèn)楊橋村，緊鄰湖南電網(wǎng)負(fù)荷中心長(zhǎng)、株、潭地區(qū)。電站距長(zhǎng)沙市區(qū)公路里程25 km，距離湘潭、株洲不足60 km，地理位置優(yōu)越，是湖南省建設(shè)的首座抽水蓄能電站。電站安裝4臺(tái)單機(jī)容量300 MW可逆式機(jī)組，總裝機(jī)容量1 200 MW，以1回500kV出線黑沙線接入湖南電網(wǎng)500kV沙坪變電站，線路輸電距離約16.4km。設(shè)計(jì)年發(fā)電量16.06億kW·h，年抽水耗用低谷電量21.41億kW·h，年發(fā)電利用小時(shí)數(shù)1 338 h，年抽水利用小時(shí)數(shù)1 732 h。作為日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，黑麋峰抽水蓄能主要擔(dān)負(fù)湖南及華中電網(wǎng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相及事故備用等任務(wù)。

電站機(jī)組振動(dòng)、擺度的大小反映了機(jī)組性能的好壞，同時(shí)也決定了機(jī)組和設(shè)備的壽命。劇烈的振動(dòng)不但能導(dǎo)致水力機(jī)組結(jié)構(gòu)破壞，降低使用壽命，而且大大降低運(yùn)行效率和機(jī)組出力，同時(shí)也會(huì)引起水工建筑物的振動(dòng)，影響廠房的安全以及各種電氣儀表的正常運(yùn)行和使用。由于我廠水頭變化大，加之開(kāi)機(jī)過(guò)程中需要啟動(dòng)非同步導(dǎo)葉，所以導(dǎo)致機(jī)組在開(kāi)機(jī)過(guò)程中和在較差工況下運(yùn)行時(shí)振動(dòng)、擺度非常大，甚至超過(guò)設(shè)計(jì)值，對(duì)我廠設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行造成了嚴(yán)重影響。

由于機(jī)組振擺主要受水輪機(jī)運(yùn)行工況好壞的影響，因此要降低機(jī)組振動(dòng)與擺度大小，必須優(yōu)化水輪機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，改善其運(yùn)行工況。本文從水輪機(jī)運(yùn)行的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：工作水頭、出力、擺度等進(jìn)行分析，以求找到上述參數(shù)之間內(nèi)在規(guī)律，并指導(dǎo)運(yùn)行值守人員優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行工況。

2　電站由于機(jī)組機(jī)械振動(dòng)、擺度過(guò)大導(dǎo)致的問(wèn)題

2.1端子松動(dòng)，信號(hào)刷屏

端子松動(dòng)導(dǎo)致信號(hào)抖動(dòng)的事件很多，壓力開(kāi)關(guān)、壓差開(kāi)關(guān)、壓力變送器、流量開(kāi)關(guān)、流量計(jì)、液位開(kāi)關(guān)、位置開(kāi)關(guān)、油混水裝置、板卡、繼電器等均出現(xiàn)過(guò)由于端子松動(dòng)導(dǎo)致信號(hào)頻繁變位，上位機(jī)信號(hào)暴漲，甚至出現(xiàn)事件記錄被刷屏信號(hào)占滿的事件。

2.2元器件誤報(bào)警

（1）CL301誤動(dòng)：在機(jī)組CP啟動(dòng)過(guò)程中，4臺(tái)機(jī)組均出現(xiàn)過(guò)在壓水時(shí)，CL301誤發(fā)“尾水管水位過(guò)高，壓水失敗”的信號(hào)，導(dǎo)致機(jī)組啟動(dòng)失敗。

（2）溫度高：在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，曾出現(xiàn)推力瓦溫、定子繞組溫度突然飆升至幾百攝氏度的情況，如果對(duì)應(yīng)的跳閘保護(hù)投入，機(jī)組必然會(huì)事故停機(jī)。

（3）CP304斷線：CP304是機(jī)組CP啟動(dòng)過(guò)程中壓水成功與否的唯一判別元件，其信號(hào)的斷線將直接影響CP/P工況啟動(dòng)成功。由于機(jī)組的振動(dòng)，此信號(hào)曾頻繁出現(xiàn)。

以上列舉的只是2個(gè)經(jīng)常出現(xiàn)的由于振動(dòng)引起的元件誤動(dòng)作情況，由于機(jī)組的振動(dòng)較大，我廠機(jī)械保護(hù)方面的元器件又多，包括：定子繞組溫度、定子鐵芯溫度、轉(zhuǎn)子溫度、各導(dǎo)軸承瓦溫、油溫、水溫、主軸密封、迷宮環(huán)溫度、技術(shù)供水各處壓力、流量、機(jī)組各處振動(dòng)、擺度等幾百個(gè)測(cè)點(diǎn)，如果投入跳閘保護(hù)，那么任何一個(gè)誤動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致跳機(jī)后果，機(jī)組防振工作任務(wù)艱巨。

2.3機(jī)械接頭松動(dòng)與開(kāi)裂

（1）非同步導(dǎo)葉連接軟管松脫：在進(jìn)行機(jī)組調(diào)頻試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)非同步導(dǎo)葉動(dòng)作不正常，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)一非同步導(dǎo)葉連接油管松脫。

（2）主軸密封供水管破裂：2010年6月18日，運(yùn)行人員在巡視水車室時(shí)，發(fā)現(xiàn)主軸密封水管開(kāi)裂（2號(hào)機(jī)連續(xù)2 d在低水頭發(fā)電運(yùn)行，振動(dòng)較大）。

（3）消水環(huán)管開(kāi)裂：隨著機(jī)組的運(yùn)行，1號(hào)、2號(hào)機(jī)組相繼出現(xiàn)消水環(huán)管開(kāi)裂現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行和廠房的安全。

（4）轉(zhuǎn)子磁極開(kāi)裂：機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中，振擺太大，導(dǎo)致機(jī)組轉(zhuǎn)子磁極開(kāi)裂。

（5）推導(dǎo)軸承：機(jī)組開(kāi)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致推導(dǎo)油槽甩油，其中1號(hào)、4號(hào)機(jī)較嚴(yán)重。

（6）水力測(cè)量管滴水：2號(hào)、4號(hào)機(jī)錐管人孔門(mén)口水力測(cè)量管漏水。

由于我廠水頭變化大和機(jī)組固有的S特性，我廠機(jī)組振擺在某些特定工況下過(guò)大是無(wú)可爭(zhēng)辯的事實(shí)，為了盡量減少以上幾類事件的發(fā)生，保證機(jī)組安穩(wěn)運(yùn)行，我們除了定期對(duì)設(shè)備端子進(jìn)行緊固，加強(qiáng)對(duì)機(jī)械接頭、高（油、氣、水）壓設(shè)備人孔門(mén)、壓力彎管、消水環(huán)管等的巡視，定期對(duì)機(jī)組風(fēng)洞進(jìn)行檢查，我們還應(yīng)采取如下措施：1）盡量避免機(jī)組在過(guò)低（高）水頭下運(yùn)行；2）機(jī)組帶負(fù)荷時(shí)，盡量避開(kāi)振動(dòng)區(qū)。

3　1號(hào)機(jī)振擺曲線繪制與分析

電站單機(jī)容量300 MW，由于蓄能機(jī)組在發(fā)電工況主要負(fù)責(zé)調(diào)峰，機(jī)組開(kāi)機(jī)時(shí)間較常規(guī)電站短，并且180 MW以下出力是電站機(jī)組發(fā)電工況振動(dòng)區(qū)，機(jī)組運(yùn)行效率較低，一般情況嚴(yán)禁機(jī)組在振動(dòng)區(qū)運(yùn)行，為了掌握機(jī)組運(yùn)行擺度情況，電站運(yùn)行人員在機(jī)組運(yùn)行時(shí)對(duì)上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)/推力組合軸承、水導(dǎo)軸承及頂蓋等振擺數(shù)據(jù)進(jìn)行抄錄?，F(xiàn)將數(shù)據(jù)分180 MW、250 MW及300 MW負(fù)荷點(diǎn)做統(tǒng)計(jì)，簡(jiǎn)要分析機(jī)組在相應(yīng)負(fù)荷情況下的水頭擺度關(guān)系。

3.11號(hào)機(jī)相關(guān)擺度數(shù)據(jù)與曲線

表1　1號(hào)機(jī)180 MW負(fù)荷時(shí)機(jī)組擺度數(shù)據(jù)　單位：mm

表2　1號(hào)機(jī)250 MW負(fù)荷時(shí)機(jī)組擺度數(shù)據(jù)　單位：mm

表1為1號(hào)機(jī)組180 MW負(fù)荷時(shí)導(dǎo)軸承的擺度數(shù)據(jù)，表2為1號(hào)機(jī)組250 MW負(fù)荷時(shí)導(dǎo)軸承的擺度數(shù)據(jù)，表3為1號(hào)機(jī)組300 MW負(fù)荷時(shí)導(dǎo)軸承的擺度數(shù)據(jù)。依據(jù)以上3種負(fù)荷下的擺度數(shù)據(jù)，繪制出相應(yīng)的凈水頭與擺度變化曲線，見(jiàn)圖1、圖2、圖3。

表3　1號(hào)機(jī)300 MW負(fù)荷時(shí)機(jī)組擺度數(shù)據(jù)　單位：μm

3.21號(hào)機(jī)擺度曲線簡(jiǎn)要分析

從圖1、圖2、圖3中可以看出，上導(dǎo)擺度要明顯高于其他軸承擺度，考慮到機(jī)組振擺受機(jī)械因素、電氣因素、水力因素的綜合影響，因此需特別注意對(duì)其檢查，防止出現(xiàn)擺度過(guò)大，導(dǎo)致軸承油箱甩油污染發(fā)電機(jī)的情況。圖3反應(yīng)出機(jī)組在高水頭滿負(fù)荷工況下，擺度值隨水頭的變化較大，機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定，因此值班人員在此工況下，需定期到現(xiàn)場(chǎng)檢查機(jī)組相應(yīng)設(shè)備運(yùn)行情況，對(duì)振擺大小、軸承油箱甩油情況需特別進(jìn)行關(guān)注。比較3種出力下的擺度曲線圖，可以看出機(jī)組在250 MW運(yùn)行時(shí)，機(jī)組導(dǎo)軸承的擺度隨凈水頭變化較小，因此值班人員可以穩(wěn)定機(jī)組在此負(fù)荷下長(zhǎng)期運(yùn)行。并且在額定水頭295 m以下，機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性變差，在低出力時(shí)表現(xiàn)的尤為明顯，因此應(yīng)避免在此工況下運(yùn)行。

圖1　180 MW負(fù)荷水頭擺度變化曲線

圖2　250 MW負(fù)荷水頭擺度變化曲線

圖3　300 MW負(fù)荷水頭擺度變化曲線

通過(guò)分析機(jī)組在180 MW、250 MW、300 MW負(fù)荷振擺曲線，可以看出機(jī)組導(dǎo)軸承X、Y方向的擺度變化趨勢(shì)基本一致。依據(jù)上述數(shù)據(jù)的分析，可以將水頭分六大范圍進(jìn)行比較分析，得出基本規(guī)律如表4。

表4　水頭范圍與較優(yōu)工況時(shí)的出力范圍

為了更直觀看出表4的水頭及較優(yōu)工況的出力范圍，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，利用圖表工具，繪出凈水頭-較優(yōu)工況處理范圍圖，如圖4所示。

圖4　凈水頭-較優(yōu)工況處理范圍圖

4　結(jié)束語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要對(duì)黑麋峰電站1號(hào)機(jī)組的擺度情況進(jìn)行了分析。主要利用值班人員現(xiàn)場(chǎng)抄錄的機(jī)組擺度數(shù)據(jù)，得出機(jī)組擺度較小時(shí)的凈水頭與出力范圍關(guān)系，對(duì)電站運(yùn)行值班人員優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行工況有一定的指導(dǎo)意義。但考慮到機(jī)組振擺實(shí)際受機(jī)械因素、電氣因素、水力因素的綜合影響，相對(duì)關(guān)系較復(fù)雜，為了掌握機(jī)組在最優(yōu)工況下穩(wěn)定運(yùn)行規(guī)律，運(yùn)行人員需要積累大量的振擺數(shù)據(jù)和值班經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]高分.黑麋峰抽水蓄能電站影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行缺陷匯總分析[R].

作者簡(jiǎn)介：吳敏（1985-），男，工程師，從事黑麋峰電站發(fā)電運(yùn)行工作。

收稿日期：2015-12-25

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.04.003

中圖分類號(hào)：TK730.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5387（2016）04-0011-04