二滩水电站水力稳定性研究.pdf

水电厂附属设备技术进步研讨会 二滩水电站水力稳定性研究 肖孝锋1 孙建平1 郑莉媛1 冯正翔2 丁仁山2 华宏举2 (1华中科技大学；2二滩水力发电厂) 摘要：运行稳定性是水轮发电机组长期安全运行的重要保证。本文以二滩水电站6台机组的稳定性试验为 例，分析了二滩水电机组的运行稳定性。试验数据分析表明，机组运行工况可划分为小负荷区、涡带工况 区、大负荷区，对各个工况进行分析发现大负荷区机组运行稳定性最佳，建议使机组避开不稳定运行区域 运行。 关键词：二滩水电站 水力稳定性振动尾水管涡带 1 前言 二滩水电站是二十世纪建成的中国最大的水电站。安装了单机容量550MW的混流式水轮发电 机组共6台总装机容量330万千瓦，水轮发电机组设备全部由加拿大GE公司制造总承包，这在21 世纪初三峡电站建成之前，均列全国第一，单机容量排世界前10位。 二滩电厂是我国西南电力网的主干电厂，其巨型机组的运行稳定性具有极其重要意义。为保证 机组有足够的安全运行寿命、摸清机组各种运行工况下振动摆度状况，在二滩水电开发总公司的领 导下，二滩电厂和华中科技大学于2003～2004年为二滩电厂全厂6台机组安装了HSJ振动摆度在线 监测系统，应用华中科技大学的振动摆度在线监测系统对全厂6台机组进行了多次试验。试验内容 包含：稳定性试验、甩负荷试验、过速试验、相对效率试验、导叶漏水量试验等。其中，最重要的 是机组运行稳定性试验，包含了：同一水头全厂机组运行稳定性试验、1#机组补气试验、4#机组 全水头稳定性试验等。 水轮机模型试验是检验水轮机转轮性能的重要手段，但是由于受到各种因素的制约，水轮机模 型与真机之间不可能完全相似，水轮机模型水力试验的结果不能完全反映真机的水力特性。通过二 滩电厂6台机组的稳定性真机试验，可掌握机组可能存在的不稳定运行范围，为电站机组的安全、 经济运行提供依据。本文主要研究二滩水轮发电机组运行稳定性的特点。 2二滩水轮发电机组运行稳定性综述 运行稳定性问题是目前国内外很多大中型水轮发电机组大量存在且没有很好解决的突出问题。 由于水轮机固有的结构特性，使其在偏离较优运行区运行时来流冲角加大，转轮出口产生正或负的 环量，出现转轮进出水边脱流、叶道涡、尾水管涡带等影响水轮机稳定运行的因素，所以水轮机只 343 水电厂附属设备技术进步研讨会 在一定负荷范围内能够稳定运行，这是其固有的特征之一。 一般来说，影响水轮发电机组运行稳定性的因素，可归纳为：水力、机械与电气三大因素。华 中科技大学2000～2004年对二滩电厂全厂6台机组进行了若干水头下的多次稳定性试验。对2000～ 2004年的大量数据分析，二滩全厂6台机组的运行稳定性主要受到水力因素及机械因素的影响，电 气因素对二滩机组运行稳定性的影响较弱。而水力因素中，又主要是尾水管涡带对二滩机组运行稳 定性的影响最大。所有机组一旦进入涡带工况区，从机组各部位水压(尾水管、蜗壳和顶盖水压)、 摆度(上导、下导和水导)、振动(定子、上机架、下机架及顶盖)等信号，都能分析到与尾水管 涡带相同的涡带频率。在强涡带工况，多数信号的主频是涡带频率，且幅值有较大幅度的增加。机 械因素中，影响机组运行稳定性的因素包含动平衡配重质量和轴线调整质量，由于各台机组的上述 质量不完全相同，则在同样的水力因素作用下，机组的运行状态不完全相同。动平衡以及大轴轴线 调整质量较佳的机组，额定负荷下的摆度和振动值可能优于调整质量较差的机组。 根据已测数据分析，二滩全厂6台机组运行稳定性性能基本相同。以2004年4月4#机组试验 主要信号趋势图(试验毛水头H=164m，参见图1)为例来说明二滩机组全负荷范围内的运行稳定 性区域的划分，从机组是否进入涡带工况划分机组运行稳定性区域较为合适。运行范围可划分为： 小负荷区、涡带工况区和大负荷区，本文简要叙述小负荷区和大负荷区，重点讨论涡带工况区。 二滩4F,q=164m的主要信号趋势图(ET4QSl0．Y04) 图l二滩4#机组部分主要信号与机组出力关系趋势图 2．1 小负荷区 小负荷区是指涡带工况区以下至空载工况的运行区。小负荷区的下限工况是空载工况，小负荷 区上限负荷与水头和机组有关，大约为180～210MW左右。小负荷区导叶开度较小，尾水管水压信 号频率为广