翟曉陽(yáng)，韋家慶，韋 剛，賀亞娟，李金偉

（1.廣西桂冠開(kāi)投電力有限責(zé)任公司，廣西 南寧530000；2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京100048）

1 概述

廣西樂(lè)灘水電站是紅水河規(guī)劃開(kāi)發(fā)的第八個(gè)梯級(jí)水電站，壩址位于廣西忻城縣紅渡大橋上游3 km處，距上游已建的百龍灘水電站76.2 km，是一座以發(fā)電為主，兼具航運(yùn)、灌溉等綜合利用效益的水電工程。電站正常蓄水位為112.0 m，為河床式廠房，設(shè)計(jì)有4臺(tái)軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量150 MW，總?cè)萘?00 MW。機(jī)組由哈爾濱電機(jī)有限責(zé)任公司制造，由廣西水電工程局電力安裝公司安裝。

機(jī)組水輪機(jī)基本技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 水輪機(jī)基本技術(shù)參數(shù)

目前，在不同水頭工況下，機(jī)組存在一定負(fù)荷范圍的振動(dòng)區(qū)，為保障機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，便于電網(wǎng)合理調(diào)度，對(duì)機(jī)組開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定性試驗(yàn)，分析和評(píng)價(jià)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，劃分機(jī)組的運(yùn)行振動(dòng)區(qū)，是一種行之有效的成熟方式[1-5]。

為此，2017年9月至2018年8月，樂(lè)灘水電站委托中國(guó)水利水電科學(xué)研究院對(duì)4號(hào)機(jī)組開(kāi)展了不同水頭工況下的穩(wěn)定性試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)工況和試驗(yàn)內(nèi)容

2.1 變負(fù)荷試驗(yàn)1

平均靜水頭：21.75 m

機(jī) 組 有 功 分 別 為：15 MW、30 MW、45 MW、60 MW、75 MW、90 MW、105 MW、120 MW、135 MW、148 MW。

2.2 變負(fù)荷試驗(yàn)2

平均靜水頭：17.86 m

機(jī) 組 有 功 分 別 為：15 MW、40 MW、65 MW、90 MW、115 MW、140 MW。

2.3 變負(fù)荷試驗(yàn)3

平均靜水頭：19.82 m

機(jī) 組 有 功 分 別 為：25 MW、50 MW、75 MW、100 MW、125 MW、150 MW。

2.4 變負(fù)荷試驗(yàn)4

平均靜水頭：23.58 m

機(jī) 組 有 功 分 別 為：45 MW、60 MW、75 MW、90 MW、105 MW、120 MW、135 MW、150 MW。

2.5 變負(fù)荷試驗(yàn)5

平均靜水頭：26.66 m

機(jī) 組 有 功 分 別 為：45 MW、60 MW、75 MW、90 MW、105 MW、120 MW、135 MW、150 MW。

5個(gè)水頭工況下的變負(fù)荷試驗(yàn)在4號(hào)機(jī)組上進(jìn)行，機(jī)組變負(fù)荷試驗(yàn)與相對(duì)效率試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行。

3 測(cè)點(diǎn)布置

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容包括上機(jī)架振動(dòng)、推導(dǎo)軸承支架振動(dòng)、定子機(jī)座振動(dòng)、頂蓋振動(dòng)、上導(dǎo)擺度、推導(dǎo)擺度、水導(dǎo)擺度、機(jī)組內(nèi)部的壓力脈動(dòng)。

測(cè)點(diǎn)布置如下：

（1）振動(dòng)：上機(jī)架、推導(dǎo)軸承支架、定子機(jī)座以及頂蓋的+X、+Y、+XZ方向各布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)12個(gè)測(cè)點(diǎn)。

（2）擺度：上導(dǎo)、推導(dǎo)、水導(dǎo)的+X、+Y方向各布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)6個(gè)測(cè)點(diǎn)。

（3）壓力脈動(dòng)：蝸殼進(jìn)口、頂蓋下、尾水錐管、尾水肘管各布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)4個(gè)測(cè)點(diǎn)。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 變負(fù)荷試驗(yàn)1（平均靜水頭21.75 m）

根據(jù) ISO7919-5：2005 和 GB/T11348.5-2008《旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸徑向振動(dòng)的測(cè)量和評(píng)定第5部分：水力發(fā)電廠和泵站機(jī)組》、ISO10816-5：2000和GB/T6075.5-2002《在非旋轉(zhuǎn)部件上測(cè)量和評(píng)價(jià)機(jī)器的機(jī)械振動(dòng) 第5部分：水力發(fā)電廠和泵站機(jī)組》可知，水導(dǎo)擺度和頂蓋徑向振動(dòng)一般作為評(píng)價(jià)水輪發(fā)電機(jī)組的參數(shù)指標(biāo)，如圖1～圖2所示。

將水導(dǎo)擺度分為A區(qū)（62.5 r/min對(duì)應(yīng)的分區(qū)值為 0～164.7 μm）、B 區(qū)（對(duì)應(yīng)的分區(qū)值 164.7～273.3 μm）、C區(qū)（對(duì)應(yīng)的分區(qū)值273.3～550 μm）、D區(qū)。頂蓋徑向振動(dòng)的分區(qū)與水導(dǎo)擺度的一致。

注：每個(gè)軸承測(cè)得的最大振動(dòng)幅值，根據(jù)下面規(guī)定的區(qū)域來(lái)評(píng)價(jià)：

區(qū)域A：新交付使用的機(jī)器的振動(dòng)通常應(yīng)在此區(qū)域內(nèi)；

區(qū)域B：通常認(rèn)為振動(dòng)在此區(qū)域內(nèi)的機(jī)器可以無(wú)限制地長(zhǎng)期運(yùn)行；

區(qū)域C：通常認(rèn)為振動(dòng)在此區(qū)域內(nèi)的機(jī)構(gòu)不宜長(zhǎng)期持續(xù)運(yùn)行。一般來(lái)說(shuō)，在有適當(dāng)機(jī)會(huì)采取補(bǔ)救措施時(shí)，機(jī)器在這種狀態(tài)下可以運(yùn)行有限的一段時(shí)間；

區(qū)域D：通常認(rèn)為在此區(qū)域的振動(dòng)已經(jīng)非常嚴(yán)重，足以導(dǎo)致機(jī)器損壞。

圖1 轉(zhuǎn)軸振動(dòng)位移峰-峰值的推薦評(píng)價(jià)區(qū)域

圖2 固定部件振動(dòng)評(píng)價(jià)區(qū)域邊界值

表2、表3分別顯示了水導(dǎo)擺度、頂蓋振動(dòng)隨負(fù)荷變化的數(shù)值?？梢钥闯觯S著負(fù)荷的增大，水導(dǎo)擺度和頂蓋振動(dòng)峰峰值基本呈現(xiàn)出先增大后減小趨于穩(wěn)定，然后小幅上揚(yáng)的變化趨勢(shì)。

表2 擺度峰峰值

表3 頂蓋振動(dòng)峰峰值

4.2 變負(fù)荷試驗(yàn)2（平均靜水頭17.86 m）

表4、表5分別顯示了水導(dǎo)擺度、頂蓋振動(dòng)隨負(fù)荷變化的數(shù)值。

表4 擺度峰峰值

表5 頂蓋振動(dòng)峰峰值

4.3 變負(fù)荷試驗(yàn)3（平均靜水頭19.82 m）

表6、表7分別顯示了水導(dǎo)擺度、頂蓋振動(dòng)隨負(fù)荷變化的數(shù)值。

表6 擺度峰峰值

表7 頂蓋振動(dòng)峰峰值

4.4 變負(fù)荷試驗(yàn)4（平均靜水頭23.58 m）

表8、表9分別顯示了水導(dǎo)擺度、頂蓋振動(dòng)隨負(fù)荷變化的數(shù)值。

表8 擺度峰峰值

表9 頂蓋振動(dòng)峰峰值

4.5 變負(fù)荷試驗(yàn)5（平均靜水頭26.66 m）

表10、表11分別顯示了水導(dǎo)擺度、頂蓋振動(dòng)隨負(fù)荷變化的數(shù)值。

表10 擺度峰峰值

表11 頂蓋振動(dòng)峰峰值

由表4～表11可以看出：隨著負(fù)荷的增大，水導(dǎo)擺度和頂蓋振動(dòng)峰峰值基本呈現(xiàn)出先減小后逐漸上揚(yáng)的變化趨勢(shì)。小負(fù)荷工況下，機(jī)組內(nèi)部的流態(tài)不佳，葉片進(jìn)口脫流比較嚴(yán)重，往往導(dǎo)致水導(dǎo)擺度和頂蓋振動(dòng)較大；大負(fù)荷工況下，轉(zhuǎn)輪出流出現(xiàn)負(fù)環(huán)量，水導(dǎo)擺度和頂蓋振動(dòng)往往出現(xiàn)小幅上揚(yáng)。

4.6 機(jī)組運(yùn)行振動(dòng)區(qū)劃分

根據(jù)表2～表11的分析結(jié)果，本文采用線性插值的方法分析出機(jī)組的振動(dòng)區(qū)限制運(yùn)行負(fù)荷隨水頭的變化趨勢(shì)，如表12、圖3所示。

表12 各水頭工況下的限制運(yùn)行負(fù)荷

圖3 機(jī)組運(yùn)行振動(dòng)區(qū)劃分

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)分析5個(gè)水頭工況下4號(hào)機(jī)組的穩(wěn)定性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，掌握了機(jī)組的運(yùn)行特性，評(píng)價(jià)了機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，劃分了機(jī)組的運(yùn)行振動(dòng)區(qū)，為機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐，本文的研究結(jié)果可推廣應(yīng)用到樂(lè)灘水電站其他3臺(tái)機(jī)組。