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魏家堡水电站机组振动区与运行工况分析

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2008/5/4 15:52:19   

  所属频道:  水力发电    关键词:  振动 运行 电站

摘要经过几年来对魏家堡水电站机组运行情况的观察。运行资料各项技术指标分析,以及通过对机组在不同负荷下的效率和机组振动情况的研究,得出魏家堡水电站机组在不同工况下的运行振动区。绘制机组振动曲线图给运行人员提供理的操作依据,从而尽可能地减少机组运行的振动范围,确保机组的安全运行。

关键词水电站振动区运行负荷

一、电站概况

魏家堡水电站位于陇海铁路眉县火车站东约3km宝鸡峡塬上总干渠K84 365处,是利用现有灌溉工程引、输水设施和塬上与塬下总干渠近百米地形落差,在确保正常灌溉的条件下引用非灌溉期弃水,以及塬上向塬下灌区补水进行发电的渠道式水力发电站。电站设计水头95.2m,流量23.53m3/s,安装立轴式水轮发电机组3台,总装机容量1.89万kW,额定转速600r/min;电站于1998年底投入运行。

二、机组技术参数及运行状况

1.水轮机基本技术参数

魏家堡水电站水轮发电机组均为富春江水电设备总厂生产,相关参数如表1和表2所列。

2.机组运行状况

根据GB8564-88和设计要求,机组正常运行负荷范围应在40%~100%。魏家堡电站从1998年底建成投运至今已运行8年,经观察运行状态及查阅运行资料,该站设备由于受宝鸡峡灌区用水及引水设施的影响,机组长期在半负荷以下运行。加上引用水源水质较差、含沙量大等原因,导致机组各部振动、摆度严重超标,对机组各部位零部件造成较大的损害,曾相继发生过水轮机顶盖垂直振动在部分工况下严重超标;主轴密封支撑盖、转动油盒支撑架螺栓多次出现断裂;尾水锥管出现过穿透性裂纹;导叶断销频繁剪断;机组上机架千斤顶多次出现松动;转轮出口边出现较为严重的裂纹;机组运行噪音较大;2#机组在2003年出现过一次2片叶片脱落现象;3台水轮机水导瓦多次严重损坏、大轴拉伤等现象,这一系列问题严重威胁了机组的安全运行。

表1水轮机技术参数表

表2发电机技术参数表

为了解决上述问题,电站先后对机组进行多次改造,进行运行试验,通过长期观察研究和试验得出,机组振动摆度超标的原因,除受机组设计制造及安装质量影响外,机组负荷范围影响是一个较为明显的因素。

从图1中可以清楚地看出,当机组出力在40%,额定出力(即2800kW)以下时,各部指标均超标,而达到40%额定出力以上时,各指标均变小,尤其是上机架水平振动和顶盖垂直振动表现比较明显。

通常,机械设备运行时一般都有振动,只是振动大小和频率高低各不相同。这里所说的振动区是指超过国家标准规范的振动,但魏家堡水轮机在不同负荷下存在不同程度的振动,从各机组运行情况及对水轮机组测试结果来看,当机组负荷在2800~4000kW运行时,振动、摆度较大,水导摆度为0.3~0.85mm,顶盖垂直振动为0.2~0.45mm(最大值发生在机组负荷为2000kW左右)。负荷大于4000kW时,机组振动明显减小,顶盖垂直振动均低于0.15mm,水导摆度为0.25~0.35mm,而当机组出力在2000kW左右时,顶盖的振动值达到0.43mm,水导摆度为0.7~1.00mm。

图1为1#~3#机组水导摆动曲线。图2为1#~3#机组顶盖垂直振动曲线。从图中可以清楚地看到1300~6900kW负荷下运行时的振动区间,随着过机水量,负荷变化而变化的情况,在额定水头下5000kW以上负荷基本脱离厂振动区。表3是1#机组在额定水位下运行时随负荷变化的现场记录。从农3可见,机组运行时,其振动随负荷的变化有一个显明的变化,当负荷在4500kW以上时,振动范围基本在0.15以下。可见,如果将负荷控制在4500kW以上,将大大减小机组振动范围,提高机组效率,充分利用水能资源。

图11#~3#机组水导摆动曲线

图21#~3#机组顶盖垂直振动曲线

表31#机组运行振动记录

三、运行工况的改进

通过对机组运行各项技术指标的试验分析可以看出,为了减小机组的振动摆度,避免在超标工况下运行对机组各部件造成损坏,除了提高对机组的检修与维护质量外,关键是机组应在一定的正常负荷范围内合理地运行。

根据以上各项试验和计算结果,参照水轮机运行特性曲线,分别对1#~3#水轮机计算出不同流量下对应的最低出力、最高出力及最优出力,计算方法如下。

图31#~3#机组出力限制及最优运行曲线

最低出力按相应流量水轮机效率为85%来控制,最高出力按相应流量水轮机的最大出力限制线来控制,最优出力按相应流量下的最高效率点控制。为了运行和调度的直观性,将各出力状况下的对应流量计算出来。相应的H(为额定不变水头)、Q与出力N的关系为公式N=9.81QHη,为相对应的流量下水轮机的效率,从运行曲线可查得计算。

由于魏家堡水电站所处的地理位置,自发电以来,年平均来水最多只能满足3台机组的用水要求,没有弃水。所以我们只考虑过机流量,当流量增大后,尾水水位受流量变化而变化。针对该站机组在相同负荷下流量相差不大,且对尾水水位影响不大,故按额定水头来考虑计算。计算出机组运行时各流量下的最小、最大、最优出力,并分别绘制出其过机流量与单机出力关系曲线的最低、最高出力限制线及最优运行曲线(见图3),以此来确定机组的最优区域。在机组运行时,根据不同的来水量调整机组的出力,使机组运行在稳定高效区,尽可能避开振动区域,优化机组运行方式,确保机组安全稳定运行。魏家堡水电站通过与电网的积极沟通,采取控制机组出力范围的运行方式,单台机组必须在4000~6300kW范围内。

来源:中国水能及电气化
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