掛治水電廠22M水頭下協聯關系試驗研究

馬開科　許巍

摘 要：掛治水電廠采用軸流轉槳式機組，該類型機組具有雙重調節功能，機組自動運行時能夠以一種協聯關系同時調節導葉開度和槳葉開度，進而改變機組出力。本文主要講述了掛治電廠研究軸流轉槳式機組在22m水頭下尋找最優協聯曲線的過程，通過對軸流轉槳式機組協聯曲線的優化，提高了機組運行安全穩定性，最大限度發揮了機組的經濟效益。

關鍵詞：軸流轉槳式；協聯曲線；相對效率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.136

1 電廠概況

掛治水電廠位于貴州省清水江中下游錦屏縣境內。電站最大水頭25.29 m，最小水頭12.9 m，額定水頭20.7 m，額定流量270.4 m?/s。電站總裝機容量150MW，安裝3臺單機容量50MW的軸流轉槳式機組，多年平均發電量4.021億kW·h，具有很高的經濟效益。

2 協聯曲線優化的原因

掛治水電廠目前采用的協聯曲線是機組制造廠商通過機組模型試驗方法求得的。電廠發現在實際運行過程中，發現機組并未能始終運行在高效區，考慮到下游白市水電廠蓄水會造成掛治電廠尾水抬高，機組運行的水頭會進一步降低，原有的協聯曲線不能適合實際運行工況。協聯關系不好，既降低了機組的出力，造成機組振動變大，影響了機組運行的穩定性；同時又使得發電耗水率增大，造成水能資源的浪費。為了進一步深挖電廠發電潛能，最大限度的發揮機組的經濟效應，提高機組運行穩定性，電廠對22m水頭下機組的協聯曲線進行了研究，找出了機組在22m水頭下的最優工況，為以后協聯曲線的優化奠定了基礎。

3 協聯關系測量過程

3.1 布置測點

將振動、電渦流以及壓力脈動傳感器按照測試規程要求安裝在機組各部位。現場測點實際布置情況見表1。

3.2 原協聯關系測試

將試驗水頭調整至22.6m水頭，機組自動并網至空載開度，調速器切現地控制方式，協聯置自動狀態，手動調節導葉開度，導葉開度分別穩定在27.10%、34.60%、41.00%、44.50%、48.70%、52.00%、55.10%、58.10%、61.30%、64.33%、67.40%、70.41%、73.40%、76.70%、80.23%，每個工況點穩定3分鐘左右，記錄各電測測點數據。試驗數據見表2。

3.3 協聯關系試驗

將試驗水頭調整至22.6m水頭，選定導葉開度為35%、45%、55%、65%、75%，各導葉開度下調整5個左右的槳葉開度，在各槳葉開度工況穩定3分鐘左右，記錄各電測測點和人工測點數據，并通過這些數據畫出機組在該導葉開度下的綜合運行狀態圖。圖1至圖5為機組在導葉試驗開度下的綜合運行狀態圖，X軸系為槳葉開度。

從圖1可以看出當導葉開度在35%時，機組的相對效率先隨著槳葉開度的增大而增大，當槳葉開度增加到16.48%時出現下降拐點，而此時水導擺度、頂蓋及下機架振動、尾水及頂蓋下壓力脈動均是最低點，由此可見當導葉開度在35%時，槳葉開度的最優協聯狀態為16.48%。

從圖2可以看出當導葉開度在45%時，雖然機組的相對效率隨著槳葉開度的增大而增大，但同時機組的水導擺度、頂蓋及下機架振動、尾水及頂蓋下壓力脈動等機組運行狀態監測參數也隨之增大，其中槳葉開度超過24.59%后這些參數隨著槳葉開度的增加在急速增加，因此綜合考慮機組相對效率和運行狀態參數，我們找到了當導葉開度在45%時，槳葉開度的最優協聯狀態為22.48%。

從圖3可以看出當導葉開度在55%時，機組的相對效率隨著槳葉開度的增大先以較快的速度增加后逐漸趨于平緩，水導擺度先小幅波動后急速增加，頂蓋振動先小幅度增大后急速增大，尾水及頂蓋下壓力脈動在整個試驗過程基本無變化，綜合考慮得出當導葉開度55%時，槳葉開度的最優協聯狀態為42.50%。

從圖4可以看出當導葉開度在65%時，機組的相對效率隨著槳葉開度的增大小幅增大，而機組的擺度和振動先小幅度增大后急速增大，頂蓋及尾水壓力脈動基本無變化，綜合考慮機組效率增加和機組穩定性要求，找出了當導葉開度65%時，槳葉開度的最優協聯狀態為64.05%。

從圖5可以看出當導葉開度在75%時，機組的相對效率先隨著槳葉開度的增大而增大，當槳葉開度增加到81.96%時出現下降拐點，在整個試驗過程中水導擺度、頂蓋及下機架振動、尾水及頂蓋下壓力脈動變化幅度均較小，機組運行狀態相對平穩，因此可見當導葉開度在75%時，槳葉開度的最優協聯狀態為81.96%。

經過上述分析可得出導葉在試驗開度下的槳葉最優協聯狀態如下表3所示。

通過表3的試驗結果，可以繪制出22.6m水頭下，導葉與槳葉優化后的協聯曲線，從該曲線上可以得到協聯優化后每個導葉開度對應的槳葉開度，如圖6和表4。

3.4 協聯關系試驗分析

3.4.1 協聯曲線對比

優化前后協聯關系對比如圖7。

3.4.2 效率對比

對協聯試驗中，導葉開度為35%、45%、55%、65%、75%工況協聯關系優化前后的相對效率進行了對比，對比結果如表5。通過協聯優化機組效率有不同程度增加，在各試驗點效率增幅為2.39%～14.48%，特別是當導葉開度在35%時，效率提升14.48%，可見在導葉小開度下效率增加尤為明顯。

3.4.3 穩定性狀況對比

對機組穩定性情況進行協聯優化前后進行了對比，水導X/Y方向擺度優化后得到了改善，在導葉小開度下改善尤為明顯；下機架振動、頂蓋振動在導葉開度較小時得到了極大的改善，但隨著導葉開度的增大下機架及頂蓋振動有小幅上升的趨勢；頂蓋下水壓及尾水進口壓力脈動基本與協聯曲線優化前基本一致。由此可見，通過優化機組的協聯曲線，機組穩定性狀況得到明顯改善，機組穩定性狀態優良。

4 結束語

掛治水電廠通過現場試驗等手段成功完成了22m水頭下的協聯曲線研究，找出了該水頭下的最優協聯曲線。在新的協聯曲線下，機組運行穩定性狀態得到了改善，水輪機的效率得到了提高。但目前掛治電廠僅僅研究了22m水頭下協聯曲線，下一步還需研究其他水頭下協聯情況，不斷完善機組的協聯曲線。

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