天荒坪电站一号机振动问题初探续.doc

导叶不同步装置在天荒坪电站的应用 何少润 摘 要 为了解决天荒坪抽水蓄能电站水泵水轮机空载运行振动问题, KVAERNER公司对水轮机导水机构进行技术改造,指导加装了导叶不同步装置(即MGV装置), 本文着重介绍了该装置的工作原理、装配过程、调试程序及其分析, 并以此证明MGV装置的应用收到了预期效果。 天荒坪抽水蓄能电站首台机组试运行期间, 由于水头低于540m, 机组在水轮机工况同期转速500r/min下无法稳定运行。其时, 接力器行程范围为160～165mm, 对应的导叶转角约4.5°, 转速摆动频率超过0.07Hz。当用开度限制机构限制导叶时运行稳定的转速低于475rpm。而在自动调节工况时转速摆动逐步增加, 这就给机组的并网发电或由调相工况转发电运行以及水轮机工况的甩负荷停机造成了极大困难。经分析, 这是由于低水头段空载开度相对较大,并网前机组在其临界点即飞逸线运行时未能避开“S”不稳定区的缘故。为使机组能达到合同的有关标准，应天荒坪电站建设工程公司的要求，水泵水轮机的制造商挪威国KVAERNER公司1999年3月在挪威科技学会水力研究室进行了加装导叶不同步装置（Misaligned guide vanes, 以下简称MGV装置）的一系列模型试验。该研究室具备的一套试验台是1994年专门为天荒坪水泵水轮机配置的，其工作水头为10～16M，最大流量为0.3 m3/s。进行模型试验的目的是为了进一步证实加装MGV装置能够稳定水泵水轮机空载等工况的运行性能，同时验证所加装的小接力器满足所须最大液压力矩的设计要求。 一、模型试验 1．KVAERNER公司提供了1994年11月未加MGV装置的水泵水轮机全特性流量特性图, KVAERNER公司认为，该试验资料表明，在飞逸转速区域尽管是处于边缘状态，但仍可认为是稳定的，参见图一。由于真机运行工况与模型试验的差异是客观存在的,事实证明这种边界状态是不能被接受的。 当然，KVAERNER公司也认为在导水叶上加装MGV装置的试验结果的确表明了，模型在空载运行时的工况得到较大幅度的改善，其全特性流量特性曲线参见图二。加装MGV装置所进行的△α=18°,22°和26°的一系列试验表明, 在5# 和18# 导叶上加装MGV装置较之于其他导叶更其稳定,△α也相对更大一些。 600M 17.1° 32° 10° 518M 8.2° 6.1° 5.1° 飞逸线 4° 3.1° 2.1° 图一 600M 518M 24.1° 15.1° 10° 8° 6.1° 飞逸线 4.1° 3° 2.1° 1.2° 图二 3．同时，KVAERNER公司还提供了在试验台上所进行的用球阀节流的空载运行工况试验资料。KVAERNER公司认为这种方法对高转速机组的效果更显著, 同样有利于天荒坪水泵水轮机空载运行工况的改善, 而且所增加的工作量也要少得多。但由于中方坚持采用加装MGV装置的方案, 部分开启球阀使水轮机稳定运行的方法未被采纳。 二、MGV装置的工作原理 德国VOITH公司在比利时COO—Ⅱ抽水蓄能电站的水泵水轮机首先使用了“预开导叶法”，即先把两个圆周上对称的导叶打开23°且保持到其他导叶打开至某一特定开度后再进入同步操作，在其他导叶较小开度时就能得到相应的流量和速度。由于在导叶较小开度时避开了“S”不稳定区的机组其运行稳定性能得到明显改观，即运行范围已不在“S”区。新特性曲线在给定的运行范围内，除了最低水头的一个极小区域外不再出现反水泵运行工况。在运行水头范围内导叶所有开度线与各种负荷的转矩线都只有一个清晰的交点，亦即相对应的n1’ = 常数，这意味着运行工况必然是稳定的。机组并网后，为了保持负载工况下的稳定性，