【摘 要】本文介紹了某電站機(jī)組功率擺動(dòng)問題，并對(duì)該問題的解決過程以及由此對(duì)其他功率擺動(dòng)相關(guān)問題進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】水電站；功率擺動(dòng)；壓力脈動(dòng)；導(dǎo)流板

1 功率擺動(dòng)的現(xiàn)象

某電站機(jī)組在進(jìn)行AGC（Automatic Generation Control，自動(dòng)發(fā)電控制）試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)機(jī)組在部分有功負(fù)荷時(shí)，有功產(chǎn)生較大幅度的波動(dòng)，超過AGC投入所要求的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致AGC無法投入。

該機(jī)組為混流式水輪發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)兩臺(tái)。

試驗(yàn)中有功波動(dòng)較大，首先需要排除電氣二次方面的因素。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)電氣二次并無問題。

從試驗(yàn)錄波圖（見圖1，為功率波動(dòng)最嚴(yán)重的工況）可以看出，機(jī)組有功波動(dòng)時(shí)導(dǎo)葉開度保持不變，因此機(jī)組的有功波動(dòng)跟調(diào)速系統(tǒng)沒有直接關(guān)系，勵(lì)磁電壓的波動(dòng)跟PSS有關(guān)，機(jī)組有功變化后，PSS產(chǎn)生條件來抑制功率變化，為正?，F(xiàn)象。

通過對(duì)機(jī)組不同工況下尾水壓力脈動(dòng)、蝸殼壓力脈動(dòng)、機(jī)組有功波動(dòng)、機(jī)組導(dǎo)葉開度等數(shù)據(jù)進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)在機(jī)組有功波動(dòng)較大時(shí)，補(bǔ)氣裝置處的補(bǔ)氣聲音、水導(dǎo)擺度以及壓力脈動(dòng)值均相應(yīng)變大，因此，有功波動(dòng)和尾水壓力脈動(dòng)或有一定的相關(guān)性。

經(jīng)查，該電站尾水管壓力脈動(dòng)幅值并不算高，且一般原則上，單純的壓力脈動(dòng)并不會(huì)直接導(dǎo)致較大的功率波動(dòng)。但在《水輪發(fā)電機(jī)組動(dòng)力學(xué)》中有提到，當(dāng)尾水管渦帶頻率與發(fā)電機(jī)的電自振頻率相等時(shí)，就會(huì)引起機(jī)組出力周期性大幅度的擺動(dòng)。

2 問題解決過程簡(jiǎn)要描述

通過查閱相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)有功功率波動(dòng)問題在水電史上較少發(fā)生，但并非首例。我國四川獅子灘水電廠機(jī)組就曾出現(xiàn)過類似的出力周期性大擺動(dòng)，經(jīng)查，原因是尾水管渦帶頻率與發(fā)電機(jī)電自振頻率發(fā)生共振，并在采用增加了尾水管導(dǎo)流板等一系列措施后，問題得到了解決。故此次該機(jī)組的功率擺動(dòng)問題，也極有可能是該原因造成的。

當(dāng)然，僅僅是參考推斷，仍不能說明問題所在，或許沒有共性而言。必須通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算分析，通過數(shù)據(jù)來論證。

參照《水輪發(fā)電機(jī)組動(dòng)力學(xué)》，對(duì)該電站的電自振頻率進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)做全流道CFD分析。從計(jì)算結(jié)果和對(duì)比可知，功率波動(dòng)最大的運(yùn)行工況時(shí)的電自振頻率與尾水管壓力脈動(dòng)頻率實(shí)測(cè)值確實(shí)比較接近，驗(yàn)證了發(fā)電機(jī)組和輸電線路構(gòu)成的系統(tǒng)電自振頻率接近尾水管水壓脈動(dòng)頻率，從而引起電功率諧振，導(dǎo)致功率大幅波動(dòng)的推斷。

系統(tǒng)電自振頻率接近尾水管水壓脈動(dòng)頻率是偶然事件。針對(duì)該項(xiàng)目現(xiàn)狀，由于發(fā)電機(jī)組和輸電線路構(gòu)成的系統(tǒng)已經(jīng)存在，其自振頻率很難通過在發(fā)電機(jī)出口和輸電線路之間增設(shè)電氣裝置或采用其他措施予以改變，因此需要通過一系列措施改變尾水管水壓脈動(dòng)頻率及幅值，以避免與系統(tǒng)電自振頻率發(fā)生諧振，達(dá)到降低功率波動(dòng)幅值的目的。

眾所周知，改變壓力脈動(dòng)頻率和幅值的方法主要有：提供足夠的自然補(bǔ)氣的補(bǔ)氣量，以達(dá)到相應(yīng)的補(bǔ)氣效果；對(duì)原有轉(zhuǎn)輪泄水錐進(jìn)行加長改造；在尾水錐管內(nèi)增加阻尼柵或?qū)Я靼澹í{子灘水電廠采用的措施）；在導(dǎo)葉后轉(zhuǎn)輪前的頂蓋上增設(shè)強(qiáng)迫補(bǔ)氣管等。其中，增加強(qiáng)迫補(bǔ)氣管的方案對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)口的水流動(dòng)會(huì)有不利的影響，可能會(huì)影響到機(jī)組的其它水力性能。另外，如電站之前未預(yù)留強(qiáng)迫補(bǔ)氣管路，且需要相應(yīng)增加壓縮空氣設(shè)備、管路及控制裝置和控制操作程序調(diào)整，牽涉面多，比較復(fù)雜，故只能作為最后的補(bǔ)救方案。

最終，經(jīng)過詳細(xì)的水力分析，并考慮到各方面因素，例如預(yù)期效果，實(shí)施的難易程度，成本問題以及施工周期等，同時(shí)參考獅子灘的成功案例，確定采用在尾水錐管內(nèi)增加導(dǎo)流板的方案。

3 導(dǎo)流板相關(guān)設(shè)計(jì)

3.1 參考獅子灘電站處理方案，導(dǎo)流板的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。

3.2 導(dǎo)流板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

3.2.1 導(dǎo)流板的大體尺寸根據(jù)實(shí)際已有的尾水錐管，通過水力分析得到。

3.2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要考慮已埋入的尾水錐管，不能對(duì)尾水錐管本身產(chǎn)生不利影響。同時(shí)做必要的有限元分析，保證導(dǎo)流板本身剛強(qiáng)度滿足使用要求，并作頻率分析，避免導(dǎo)流板本身頻率與壓力脈動(dòng)渦帶頻率發(fā)生共振，從而滿足機(jī)組的長期可靠運(yùn)行。

3.2.3 由于尾水錐管已有，導(dǎo)流板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要考慮其安裝的可行性來細(xì)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，例如因進(jìn)人門尺寸大小受限和工人安裝作業(yè)需要等等。

4 導(dǎo)流板安裝后的效果

導(dǎo)流板現(xiàn)場(chǎng)安裝后，進(jìn)行了廠內(nèi)、調(diào)度AGC電廠靜態(tài)和動(dòng)態(tài)功能測(cè)試試驗(yàn)，經(jīng)測(cè)試，該電站AGC靜態(tài)開環(huán)試驗(yàn)結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，AGC投退功能正常，從而驗(yàn)證了之前所做的分析是和實(shí)際情況相吻合的。

5 結(jié)束語

機(jī)組的功率擺動(dòng)問題在水電史上較少發(fā)生，即發(fā)電機(jī)組和輸電線路構(gòu)成的系統(tǒng)電自振頻率非常接近尾水管水壓脈動(dòng)頻率屬于偶然事件。理論上，電自振頻率可通過在發(fā)電機(jī)出口和輸電線路之間增設(shè)電氣裝置或采用其他措施予以改變。從制造廠家的角度出發(fā)，有必要在水力設(shè)計(jì)時(shí)，盡量?jī)?yōu)化真機(jī)運(yùn)行范圍，在保證水輪機(jī)有較高的加權(quán)平均水力效率和滿足空蝕要求的前提下，在規(guī)定的真機(jī)運(yùn)行范圍內(nèi)不應(yīng)存在容易導(dǎo)致機(jī)組產(chǎn)生異常振動(dòng)或其他異常的水力因素等，提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

[責(zé)任編輯：湯靜]