三峡水轮机水力稳定性研究.ppt

三峡电站自2003年首批机组投产以来，经历了135m、139m、145m、156m、172m、175 m各种上游水位的运行，水轮机运行情况总体良好，各项指标优良，部分指标达到或超过国际同类型电站机组水平。 在水位变化过程中，三峡总公司组织有关单位对三峡机组进行了运行性能测试。 在全部26台机组中，根据不同水轮机制造厂商分成5组，即ALSTOM、 VGS、东电、Alstom和哈电。 在每组机组中选择其中的一台机组，作为典型机组进行原型机性能研究。其代表性机组为左岸ALSTOM (6号机)、左岸VGS (8号机)、右岸东方(16号机)、右岸Alstom(21号机)和右岸哈电(26号机)。 1 、 能量特性 5种机型水轮机的能量特性都满足合同保证值要求，都有一定的出力裕度，其中，三峡左岸VGS水轮机的出力裕度较大，在额定水头时为5%，低水头时为6%；三峡右岸东电水轮机的出力裕度较大，在额定水头时为7%。 2、空化特性 三峡左、右岸5种机型水轮机都具有良好的空化特性，满足合同保证值要求，在合同规定的运行范围内，水轮机未发生空蚀破坏。 3、水力稳定性 全水头特别是高水头运行工况，三峡5种机型水力稳定性良好。 在小负荷范围内5种机型水轮机的尾水管压力脉动幅值均超过合同保证值，原因是标书规定的小负荷范围压力脉动幅值偏小,制造商为了拿到合同，提供的保证值客观科学依据也不够充分。 如按压力脉动相对值△H∕H小于6%﹝或8%﹞，同时振动、摆度值基本未超标划分稳定运行区，哈电右岸水轮机的稳定运行范围较宽。 21F机组在低水头（77.8m、80m、83m）运行时，水车室出现异常声音；涡带振动区的范围大致为300～450MW，涡带频率约为0.31Hz 。大负荷工况顶盖径向、垂直振动与水导摆度在550～585MW后突然增加，频率大致为1.19Hz，为转频。需投入强迫补气才能维持运行。21F大负荷振动具有单机特性，但其下导摆度、顶盖垂直振动有些工况超标，限制了大负荷的稳定性能（见图7）。 由图3-10可见： ⑴真机实测曲线与模型试验曲线变化的大体趋势基本一致，在部分负荷区，5种水轮机都出现不同程度的压力脉动；最优工况至最大出力工况，压力脉动减小；超负荷工况，有的机组会出现压力脉动突然升高的现象； ⑵部分负荷的压力脉动，真机和模型有的差别很大，如16F、21F和26F (当涉及到特殊的水力不稳定或共振现象时，即使模型和真机是相似的，模型试验也难以预估真机的水力稳定性能)； ⑶ 21F大负荷振动具有单机特性，但其顶盖振动限制了大负荷的稳定性能； ⑷以模型存在 “特殊压力脉动带”判断真机稳定性，看来还有待进一步探讨； ⑸水力设计是影响水轮机水力稳定性的主要因素。 4、 稳定运行区域划分原则 根据三峡机组的特点，稳定运行区的划分原则三峡电厂初步规定如下： 禁止运行区：压力脉动大于6%（黄线），或振动摆度任一值超过合同保证值或运行限值； 限制运行区：压力脉动在4%（兰线）到6%（黄线）之间，若无水力共振或高部分负荷压力脉动带，同时振动摆度值均未超过合同保证值或运行限值； 稳定运行区：压力脉动小于4%（兰线），无水力共振和高部分负荷压力脉动带，同时振动摆度值均未超过合同保证值或运行限值； 中小水轮机的相对刚度较好,压力脉动相对值可根据电站实际情况扩展至≤8%（红线）。左岸VGS水轮机有一定的特点。 图11 左岸ALSTOM 6号水轮机运行分区 5、高部分负荷压力脉动问题 上个世纪90年代初，苏尔寿—爱舍维斯公司和洛桑水力机械研究所等都发表过关于高部分负荷压力脉动的文章。在三峡模型水轮机验收试验阶段，哈大所也曾发现模型水轮机在高部分负荷区出现压力脉动突然升高的突变现象。 2008年12月9日，曾参与三峡工程机电设备论证的专家，以及国家电网公司、三峡总公司、长江勘测规划设计研究院、长江电力股份公司等单位的代表，应邀参加了在三峡坝区召开的三峡电站水轮发电机组性能评审会，评审意见根据《三峡现场试验报告》认为： “在真机试验过程中，通过对试验数据的分析，未发现特殊压力脉动区” 。 6、 结语 ⑴、三峡电厂五种机型在135m、139m、145m、156m、172m、175 m各种水位下的试验和运行证明，水轮机运行情况总体良好。在合同规定的运行范围内，能量特性都能满足合同保证值要求，水轮机具有良好的空化特性，运行稳定性良好。各项指标优良，部分指标达到或超过国际同类型电站机组水平。 ⑵、五种机型的原型试验结果表明，影响机组稳定性的主要因素是水力因素。各水位下，机组（顶盖、下机架、上机架、定子）和厂房振动，主轴摆度在涡带区间内最大幅值的主要频率与水压（尾水锥管、蜗壳和无叶区）脉动的主要频率基本相同。 ⑶、三峡电站原型水轮机性能试