抽水蓄能機組過渡過程振動特性研究

羅成宗，丁 光，潘羅平，郭曦龍，劉永強，安學利

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抽水蓄能機組過渡過程振動特性研究

羅成宗1，丁 光1，潘羅平2，郭曦龍2，劉永強2，安學利2

（1. 浙江仙居抽水蓄能有限公司，浙江 臺州 317300；2. 中國水利水電科學研究院，北京 100038）

對抽水蓄能電站機組開機至額定負荷過程、機組開機對臨近機組影響進行了試驗研究。分析這兩種過渡過程中，蓄能機組和電站廠房的振動特性。結果表明：機組開機至額定負荷過程中，導葉開啟及導葉開度回調瞬間對機組沖擊較大，機組與廠房出現了較大振動。機組的開機及運行對臨近機組的振動沒有明顯影響，但對臨近機組的廠房振動有一定的影響作用，廠房振動出現了明顯變大。當機組穩定運行后，對臨近機組的廠房振動沒有明顯的影響。

抽水蓄能機組；開機過程；相鄰機組；機組振動；廠房振動

0 引言

截止到2016年底，中國風電累計裝機量達到1.69億千瓦，占全球風電累計裝機的34.7%，為全球風電裝機第一大國。隨著大量的風電、核電等能源的并網，抽水蓄能電站的調節作用越來越重要[1-5]。抽水蓄能機組的啟停機、變負荷更加頻繁，使得機組更容易發生故障[6-10]。為確保機組的安全穩定運行，需要深入對機組及電站振動特性進行研究[11-15]。

本文對抽水蓄能機組開機至額定負荷過程、相鄰機組的運行對鄰居機組的影響進行了試驗研究，以分析機組在這兩種工況時，蓄能機組和電站廠房的振動特性。

1 試驗測點

機組工況參數測點包括：有功功率、接力器行程、轉速。

機組振動測點包括：上機架水平+X位移、上機架垂直+X位移、下機架水平+X位移、下機架垂直-Y位移、頂蓋水平-Y位移、頂蓋垂直-Y位移。各測點采用低頻速度位移傳感器。

廠房振動測點包括：發電機層樓板垂直、發電機層下游墻水平、中間層支墩水平、風罩+Y水平、水輪機層樓板垂直、水輪機層下游墻水平、蝸殼層樓板垂直、蝸殼層上游墻水平。各測點采用低頻速度傳感器。

該試驗機組水輪機發電工況基本參數見表1、水泵電動機工況基本參數見表2。

表1 水輪機發電工況基本參數統計表

表2 水泵電動機工況基本參數統計表

2 開機至額定負荷過程

過渡過程試驗包括2號機組開機至額定負荷過程、相鄰機組的運行對2號機組的影響試驗過程。過渡過程試驗同步采集工況參數、機組振動與廠房振動等信號變化的全過程。檢查機組和廠房在開機過程中是否存在異常的振動現象。

2號機組開機至額定負荷過程，機組工況參數、振動與廠房振動等信號時域波形如圖1～4所示。從圖中可以看出，機組開機至額定負荷過程：

（1）導葉開啟瞬間對機組沖擊較大，機組與廠房出現了較大振動；

（2）機組與廠房振動在空載及小負荷區相對較大，在大于200MW的高負荷區相對較小。不過，機組與廠房振動有隨著負荷增加而緩慢增大的趨勢。

（3）機組振動與廠房振動變化緩慢，沒有發現異常的振動現象。

圖1 開機過程有功功率、導葉開度與機組轉速時域波形圖

圖2 開機過程有功功率、導葉開度與機組振動時域波形圖

圖3 開機過程有功功率、導葉開度與廠房振動時域波形圖

3 相鄰機組的運行對2號機組的影響試驗

2號機組在額定負荷工況運行，然后1號機組開機至300MW負荷，再然后3號機組開機自200MW負荷工況運行，檢查相鄰機組的運行情況對2號機組的振動與廠房振動的影響。該試驗過程，機組振動與廠房振動信號時域波形見圖4～5。從圖中可以看出：

（1）相鄰機組的開機及運行對2號機組的振動沒有明顯影響。

（2）相鄰機組的開機過程對2號機組的廠房振動有一定的影響作用，廠房振動出現了明顯變大的現象（紅色矩形框為1號機組開機過程，綠色矩形框為3號機組開機過程），而相鄰機組穩定運行后，對2號機組的廠房振動沒有明顯影響作用。

圖4 相鄰機組開機過程2號機組振動時域波形圖

圖5 相鄰機組開機過程2號機組廠房振動時域波形圖

4 結論

對抽水蓄能電站機組開機過程、機組開機對臨近機組的影響進行了試驗研究，得出以下結論：

（1）開機至額定負荷過程

導葉開啟及導葉開度回調瞬間對機組沖擊較大，機組與廠房出現了較大振動。機組與廠房振動在空載及小負荷區相對較大，在大于200MW的高負荷區相對較小。不過，機組與廠房振動有隨著負荷增加而緩慢增大的趨勢。

（2）機組開機對臨近機組影響

機組開機及運行對臨近機組的振動沒有明顯影響，但對臨近機組的廠房振動有一定的影響。廠房振動出現了明顯變大，而機組穩定運行后，對臨近機組的廠房振動沒有明顯影響。

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Study on Vibration Characteristics of Pumped Storage Unit in Transition Process

LUO Chengzong1, DING Guang1, PAN Luoping2, GUO Xilong2, LIU Yongqiang2, AN Xueli2

(1. Zhejiang Xianju Pumped Storage Power Co., Ltd, Taizhou 317300, China; 2. China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100038, China)

The test study on a process of a pumped storage unit start-up to the rated load, and the influence of the unit start-up on the adjacent operating unit was carried out of the pumped storage power station. The vibration characteristics of the pumped storage unit and the hydropower house are researched by analyzing these two transition processes. The results show that in the process of unit start-up to the rated load, the impact of the guide vane open and guide vane callback on the unit is larger. There is a large vibration for the unit and the hydropower house. The start-up process and the operation of the units have no obvious effect on the vibration of the adjacent unit. But the hydropower house vibration of the adjacent unit has a certain influence, and the vibration become obvious larger. When the units begin to operate steadily, the hydropower house vibration of adjacent unit doesn’t been significantly affected.

pumped storage unit; start-up process; adjacent units; unit vibration; hydropower house vibration

TK730.2

A

1000-3983(2017)06-0066-05

2017-04-21

國家自然科學基金項目（51309258）

羅成宗（1967-），現從事抽水蓄能電站工程建設管理方面的工作，高級工程師。

安學利（1980-），2009年畢業于華中科技大學，現從事水電機組運行保障及故障診斷方面的工作，高級工程師。通信作者

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： E-mail：an_xueli@163.com