苗宗偉

（遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院，遼寧沈陽110006）

景洪水電站廠房結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)實測與分析

苗宗偉

（遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院，遼寧沈陽110006）

景洪水電站總裝機(jī)容量為1 750 MW，水電站引水鋼管直徑高達(dá)11.2 m，機(jī)組運(yùn)行水頭變幅可能較大，機(jī)組振動特性及廠房結(jié)構(gòu)重要構(gòu)件的振動特性可能與其他已建常規(guī)水電站有所不同。文章對支撐機(jī)組的機(jī)墩結(jié)構(gòu)以及作為輔助設(shè)備基礎(chǔ)的樓板的振動狀態(tài)進(jìn)行了重點(diǎn)的監(jiān)測分析。

廠房；振動；測試；分析；水電站

1 水電站概況及基本參數(shù)

景洪水電站為瀾滄江干流中下游河段梯級規(guī)劃中的第六級電站。水庫的正常蓄水位為602 m，校核洪水位為609.4 m，總庫容為11.39億m3。電站總裝機(jī)容量為1 750 MW，主廠房包括安裝間總長246 m，寬31.5 m，高64.15 m，水輪機(jī)安裝高程532.5 m，機(jī)組間距34.3 m。

2 原型觀測試驗方案和測試系統(tǒng)

2.1 測點(diǎn)布置原則

測點(diǎn)布置在最能反映機(jī)組和廠房結(jié)構(gòu)耦聯(lián)振動的區(qū)域，最能表征機(jī)組軸系統(tǒng)和定子系統(tǒng)振動特性的區(qū)域和廠房結(jié)構(gòu)中振動最為薄弱的區(qū)域。按上述原則測點(diǎn)分為以下四類：廠房塊體混凝土結(jié)構(gòu)測點(diǎn)、水輪發(fā)電機(jī)組金屬結(jié)構(gòu)測點(diǎn)、樓板結(jié)構(gòu)測點(diǎn)以及蝸殼、尾水管中的水壓脈動測點(diǎn)。

2.2 測試工況

現(xiàn)場振動測試進(jìn)行了21種工況試驗，包括空載升轉(zhuǎn)速、空載升勵磁、升負(fù)荷、甩負(fù)荷、停機(jī)等。具體情況如下：

空載無勵磁，變轉(zhuǎn)速（環(huán)境噪聲，25%，50%，75%，100%，115%，155%）

空載他勵磁工況，（無勵磁，5%，50%，75%，100%）

負(fù)荷，（50 MW，導(dǎo)葉開度25%→90 MW，導(dǎo)葉開度30%→甩負(fù)荷，0→175 MW，導(dǎo)葉開度47.4%→甩負(fù)荷，0→265 MW，導(dǎo)葉開度66.8%→甩負(fù)荷，0→326 MW，導(dǎo)葉開度98.6%→甩負(fù)荷）

正常運(yùn)行工況，變負(fù)荷情況下現(xiàn)場采集系統(tǒng)接線編號與測點(diǎn)位置對應(yīng)情況，見表1。

表1 變負(fù)荷測試測點(diǎn)位置與通道

2.3 測試系統(tǒng)介紹

采用DH5920動態(tài)信號分析系統(tǒng)進(jìn)行測試，振動測試系統(tǒng)框圖如圖1所示。根據(jù)待測振動信號的可能幅頻特性范圍和工作環(huán)境選擇不同型號的傳感器。其中加速度傳感器可選用3種型號：CA-YD-109B，SD1406，CJY2w8-665，壓電式壓力脈動傳感器選用SYL-1。

2.4 測點(diǎn)布置概要

1）所有測試傳感器件的安裝，均在機(jī)組安裝完成后、試運(yùn)行前，或兩次運(yùn)行的間歇，停機(jī)狀態(tài)下，進(jìn)行傳感器布置、電纜連接和儀器布置。

2）所有傳感器，均不采用預(yù)埋方式布置，而是布置在廠房結(jié)構(gòu)物的外表面，在人員能夠接觸到的位置，采用磁力吸附或粘接劑粘結(jié)的形式固定。

圖1 現(xiàn)場振動測試系統(tǒng)框圖

3）傳感器和儀器之間的連接電纜，沿人行通道、樓梯或吊物孔等穿行，不需要專用的預(yù)埋管道或線槽。

4）采取離線測試方式，所有測試不是固定式的永久監(jiān)測項目。每次實驗前，布置傳感器、電纜和儀器，試驗結(jié)束后，全部拆除收回。下次實驗前，再重新進(jìn)行布置。

3 機(jī)組廠房振動測試數(shù)據(jù)分析

3.1 機(jī)組支承部件振動測試分析

在各級負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行時，機(jī)組主要支承部件的振動加速度標(biāo)準(zhǔn)值均不是很大。圖2給出了機(jī)組主要支承部件位置處豎向和順河向加速度標(biāo)準(zhǔn)值隨機(jī)組負(fù)荷的變化關(guān)系。各測點(diǎn)的振動加速度均以豎向負(fù)荷為50 MW、橫向90 MW時最大，隨著機(jī)組負(fù)荷的增大，加速度幅值迅速降低，機(jī)組在265 MW負(fù)荷時各測點(diǎn)的振動幅值較小，機(jī)組負(fù)荷增至326 MW時，振動幅值又略有增大。原因在于機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時偏離最優(yōu)運(yùn)行工況，流道內(nèi)水力振動較大，隨著負(fù)荷的增大到接近水輪機(jī)的最優(yōu)工況時，流道內(nèi)水流流態(tài)得到改善，水力振動強(qiáng)度降低。

3.2 廠房結(jié)構(gòu)振動測試結(jié)果分析

1）豎向加速。圖3給出了廠房結(jié)構(gòu)各測點(diǎn)處豎向加速度隨機(jī)組負(fù)荷的變化關(guān)系。由圖中可見，各測點(diǎn)的豎向振動加速度均以負(fù)荷為50 MW或90 MW時最大，隨著機(jī)組負(fù)荷的增大，加速度幅值迅速降低，機(jī)組在265 MW時各測點(diǎn)的振動幅值較小，機(jī)組負(fù)荷增至326 MW時，振動幅值又略有增大。

2）順河向加速度。圖4給出了廠房結(jié)構(gòu)各測點(diǎn)處順河向加速度標(biāo)準(zhǔn)值隨機(jī)組負(fù)荷的變化關(guān)系。由圖中可見，各測點(diǎn)的順河向振動加速度均以負(fù)荷為50 MW或90 MW時最大，隨著機(jī)組負(fù)荷的增大，加速度值迅速降低，機(jī)組在265 MW時各測點(diǎn)的振動值較小，機(jī)組負(fù)荷增至326 MW時，振動值又略有增大。

圖2 機(jī)組主要部位振動隨機(jī)組出力的變化

圖3 廠房結(jié)構(gòu)豎向振動加速度隨負(fù)荷的變化關(guān)系

3.3 壓力脈動振動分析

表2給出了變負(fù)荷測試階段在各級負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行時，尾水管和蝸殼內(nèi)各脈動壓力測點(diǎn)的壓力值。從表2中可以看出，機(jī)組在90 MW負(fù)荷運(yùn)行時，各測點(diǎn)的脈動壓力幅值最大，最大值發(fā)生在尾水管進(jìn)人門處，脈動壓力峰峰值達(dá)5.55 mWC。隨著機(jī)組負(fù)荷的增大，各測點(diǎn)的脈動壓力幅值迅速降低，當(dāng)機(jī)組的出力為326 MW時，各測點(diǎn)的脈動壓力幅值最大值僅為0.38 mWC，發(fā)生在蝸殼進(jìn)口處。以上分析說明在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時水輪機(jī)中的脈動壓力幅值較大，而在額定出力附近運(yùn)行時，水輪機(jī)的脈動壓力幅值較小。

圖4 廠房結(jié)構(gòu)順河向振動加速度隨負(fù)荷的變化關(guān)系

表2 升負(fù)荷階段各點(diǎn)壓力峰峰值脈動值mWC

3.4 振動控制標(biāo)準(zhǔn)

參考國內(nèi)外對建筑結(jié)構(gòu)、動力機(jī)械基礎(chǔ)以及人體健康等的振動控制標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合大型水電站主廠房的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)行環(huán)境和設(shè)計要求，提出對景洪水電站主廠房振動控制標(biāo)準(zhǔn)，見表3。

表3 景洪水電站廠房振動控制標(biāo)準(zhǔn)差

4 結(jié)論

1）從測試數(shù)據(jù)分析，不僅是機(jī)組和廠房結(jié)構(gòu)各測點(diǎn)在低負(fù)荷時振動較大，隨著負(fù)荷的增大而振動減小。尾水管和蝸殼處的脈動壓力隨出力的整體振動趨勢也有相似的變化規(guī)律。說明機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行偏離最優(yōu)工況時引起的機(jī)組廠房結(jié)構(gòu)各向振動的主要振源與蝸殼、尾水管內(nèi)水力脈動密切相關(guān)。

2）對實測機(jī)組及廠房各部位的振動分析表明，各測點(diǎn)的振動加速度在額定工況下都滿足響應(yīng)的振動控制標(biāo)準(zhǔn)。

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