曹 揚(yáng)，彭 輝，吳建標(biāo)，許 健，周 浩

（江蘇方天電力技術(shù)有限公司，南京 210000）

機(jī)組轉(zhuǎn)輪是抽水蓄能電站重要的水流通道部件，也是機(jī)組的“心臟”，轉(zhuǎn)輪水力性能的優(yōu)劣直接影響電站運(yùn)行的安全性和可靠性。 本文對(duì)某抽水蓄能電站2 臺(tái)機(jī)組在調(diào)試期間進(jìn)行同一流道雙機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)分析，根據(jù)試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與仿真計(jì)算進(jìn)行比對(duì)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果兩者契合度較高。 機(jī)組運(yùn)行各項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)良，效率、壓力脈動(dòng)等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于合同保證值或同類型機(jī)組。

1 概況

某電站安裝4 臺(tái)單機(jī)容量為300 MW 的抽水蓄能機(jī)組， 引水系統(tǒng)和尾水系統(tǒng)采用一管兩機(jī)布置形式， 輸水系統(tǒng)總長(zhǎng)3294.7 m， 其中引水系統(tǒng)全長(zhǎng)2846.6 m。引水系統(tǒng)立面采用“兩級(jí)斜井”布置方式，在斜井中部設(shè)置中平段。尾水系統(tǒng)立面采用“平洞＋斜井”方式布置，機(jī)組引水系統(tǒng)布置如圖1。

圖1 機(jī)組流道示意圖

2 機(jī)組雙機(jī)甩負(fù)荷過(guò)渡過(guò)程試驗(yàn)

2.1 機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)

水輪機(jī)發(fā)電機(jī)主要參數(shù)如表1。

表1 水輪機(jī)發(fā)電機(jī)技術(shù)參數(shù)

2.2 試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)位置數(shù)據(jù)及內(nèi)容

2.2.1 測(cè)點(diǎn)位置

試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)有機(jī)組轉(zhuǎn)速、 有功功率、 導(dǎo)葉開(kāi)度、蝸殼進(jìn)口壓力、尾水進(jìn)出口壓力及機(jī)組擺度、機(jī)架振動(dòng)。測(cè)點(diǎn)名稱及傳感器如表2。

表2 測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

2.2.2 試驗(yàn)過(guò)程及數(shù)據(jù)

在進(jìn)行一管雙機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)前進(jìn)行導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律復(fù)核試驗(yàn)［2］，經(jīng)復(fù)核2 臺(tái)機(jī)組導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律正常，關(guān)閉時(shí)間分別為38.863、39.965 s，滿足設(shè)計(jì)要求。

為確保試驗(yàn)安全可靠， 雙機(jī)甩負(fù)荷按負(fù)荷逐級(jí)增加的方向進(jìn)行［3］，先進(jìn)行一洞雙機(jī)甩50%負(fù)荷試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果評(píng)估安全后再進(jìn)行雙機(jī)甩100%負(fù)荷試驗(yàn)。

一洞雙機(jī)甩50%負(fù)荷試驗(yàn)檢查完成后進(jìn)行甩100%負(fù)荷試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程轉(zhuǎn)速及壓力脈動(dòng)記錄如圖2～圖4， 相關(guān)參數(shù)分析如表3。機(jī)組在甩100%額定負(fù)荷即時(shí)的1#、2#機(jī)組轉(zhuǎn)速最大值依次為額定轉(zhuǎn)速的140.43% ，139.154%。 最大蝸殼進(jìn)口水壓依 次 為 5.720、5.659 MPa， 尾水管進(jìn)口壓力最小值依次為0.245、0.324 MPa，尾水管出口壓力最大值依次為0.78、0.98 MPa，上述各項(xiàng)指標(biāo)滿足主機(jī)合同中規(guī)定的要求。

表3 雙機(jī)甩100%負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

圖2 甩100%負(fù)荷轉(zhuǎn)速變化趨勢(shì)

圖3 甩100%負(fù)荷1#機(jī)組壓力脈動(dòng)變化趨勢(shì)

圖4 甩100%負(fù)荷2#機(jī)組壓力脈動(dòng)變化趨勢(shì)

2 臺(tái)機(jī)組的尾水管進(jìn)口壓力及尾水管出口壓力脈動(dòng)變化趨勢(shì)基本趨于 一 致，2 臺(tái) 機(jī)組蝸殼進(jìn)口位置不便于加裝測(cè)點(diǎn)， 安裝傳感器的測(cè)點(diǎn)位于水位室外集中布置管道， 壓力脈動(dòng)傳輸過(guò)程中波動(dòng)值一部分也由于儀表管的壓力疊加作用， 數(shù)據(jù)采集時(shí)采用低通濾波器進(jìn)行處理， 峰峰值也使用雙側(cè)分位法進(jìn)行計(jì)算確定。

在甩負(fù)荷時(shí)導(dǎo)葉采用分段關(guān)閉［4］，規(guī)律為先快關(guān)后慢關(guān)，在第一段關(guān)閉4 s 至導(dǎo)葉開(kāi)度65%，第二段33 s 后導(dǎo)葉至全關(guān)，由圖2～圖4 可知，在機(jī)組關(guān)閉規(guī)律下，機(jī)組轉(zhuǎn)速上升至飛逸點(diǎn)后隨即下降，在過(guò)程中出現(xiàn)2 次波峰。 從蝸殼進(jìn)口壓力及尾水進(jìn)口壓力變化過(guò)程來(lái)看，壓力趨勢(shì)均一致上升后快速趨于穩(wěn)定，蝸殼壓力在導(dǎo)葉第一段關(guān)閉后出現(xiàn)大幅值震蕩，隨著導(dǎo)葉關(guān)閉后便趨于穩(wěn)定［5］。兩臺(tái)機(jī)組在甩負(fù)荷過(guò)程中趨勢(shì)接近，轉(zhuǎn)速均出現(xiàn)2 次波峰，蝸殼與尾水壓力極值也出現(xiàn)在首次波峰附件，隨著導(dǎo)葉關(guān)閉后，轉(zhuǎn)速及蝸殼、尾水壓力也逐漸降低。試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)均滿足調(diào)節(jié)保證計(jì)算的要求。

3 試驗(yàn)分析

過(guò)渡過(guò)程仿真計(jì)算與試驗(yàn)實(shí)測(cè)對(duì)比如表4。

表4 仿真與實(shí)測(cè)對(duì)比

由于抽蓄機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中轉(zhuǎn)輪直徑較大，離心力作用也大，水的進(jìn)流能迅速下來(lái)，機(jī)組受到自身慣性驅(qū)動(dòng)而進(jìn)入制動(dòng)區(qū)，水流阻擋轉(zhuǎn)輪后，轉(zhuǎn)速也略微下降，因而開(kāi)度線出現(xiàn)反彎，形成一個(gè)S 型［8］，由于這種S 型曲線特性，抽蓄全特性模型建立較困難，預(yù)測(cè)值可能會(huì)偏離實(shí)際值，由表7 看出，此類型13葉片轉(zhuǎn)輪及333.3 轉(zhuǎn)/min 轉(zhuǎn)速組合的機(jī)組模型較為成功，試驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型仿真值基本一致。

由圖5～圖6 可知，在雙機(jī)甩負(fù)荷過(guò)渡過(guò)程中，轉(zhuǎn)速及壓力實(shí)測(cè)值與仿真值有較強(qiáng)的擬合性［9-10］，數(shù)據(jù)采集使用抗混疊濾波器，1#機(jī)組轉(zhuǎn)速實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值誤差0.18%，2#機(jī)組轉(zhuǎn)速實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值誤差0.75%,1#機(jī)組蝸殼進(jìn)口壓力實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值誤差1.5%，2#機(jī)組蝸殼進(jìn)口壓力實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值誤差0.6%，甩負(fù)荷誤差率最大值僅1.5%。

圖5 1#機(jī)組轉(zhuǎn)速及蝸殼實(shí)測(cè)與仿真曲線

圖6 1#機(jī)組尾水進(jìn)、出口實(shí)測(cè)與仿真曲線

4 結(jié)語(yǔ)

（1）雙機(jī)甩負(fù)荷各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和機(jī)組技術(shù)協(xié)議規(guī)定，對(duì)13 葉片轉(zhuǎn)輪及333.3轉(zhuǎn)/min 轉(zhuǎn)速類型機(jī)組導(dǎo)葉分段關(guān)閉規(guī)律校驗(yàn)，在此關(guān)閉規(guī)律下機(jī)組轉(zhuǎn)速及壓力脈動(dòng)能迅速趨于穩(wěn)定，說(shuō)明導(dǎo)葉先快后慢的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律較為合理，有利于機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）雙機(jī)甩負(fù)荷過(guò)程中，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果基本一致，為國(guó)內(nèi)后期采用13 葉片轉(zhuǎn)輪及333.3 轉(zhuǎn)/min轉(zhuǎn)速組合的機(jī)組提供可靠的技術(shù)指導(dǎo)，同時(shí)驗(yàn)證模型試驗(yàn)仿真計(jì)算可靠性，為后續(xù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)提供安全保障。