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緊水灘水電廠5號機開機過程異常振動分析與處理

文檔作者：段文華，李德紅，項興華文檔來源：浙江省電力公司緊水灘水力發(fā)電廠		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年05月30日
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第39 卷第4 期水電站機電技術(shù)Vol.39 No.4
2016 年04 月Mechanical &amp;amp; Electrical Technique of Hydropower Station Apr.2016
收稿日期：2015-10-31
作者簡介：段文華（1978-），男，工程師，從事水電自動化技術(shù)管理
工作。
緊水灘水電廠5 號機開機過程異常振動分析與處理
段文華，李德紅，項興華
（浙江省電力公司緊水灘水力發(fā)電廠，浙江麗水323000）
摘要：緊水灘水電廠5 號機增容改造時更換了轉(zhuǎn)輪、導水機構(gòu)等重要部件。改造后機組自動開機過程中出現(xiàn)異常
振動。通過對機組振動、水壓、接力器行程與轉(zhuǎn)速等參數(shù)分析，判斷與調(diào)速器開機控制策略有關(guān)。對調(diào)速器開機控制
策略進行優(yōu)化調(diào)整及試驗后，機組開機過程振動與壓力最高值明顯減小，機組運行正常。
關(guān)鍵詞：增容改造；開機；振動；試驗
中圖分類號：TM312 文獻標識碼：B 文章編號：1672-5387（2016）04-0046-03
DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.04.015
1 機組概況
緊水灘水電廠裝有6 臺單機50 MW 的混流式
機組，電站總裝機300 MW。6 臺機組分別于1987 年
~1988 年投產(chǎn)發(fā)電，均為杭州發(fā)電設(shè)備廠生產(chǎn)。發(fā)電
機型號為SF-K50-30/6400，立軸懸式，采用雙路自
循環(huán)徑向密閉通風型式，不裝設(shè)風扇，用轉(zhuǎn)子支架自
轉(zhuǎn)打風作用進行空氣循環(huán)。設(shè)計出力為50 MW，額
定轉(zhuǎn)速200 r/min。水輪機如圖1 所示， 型號為
HL220-LJ-300，立軸混流式，金屬蝸殼，包角345 °，
轉(zhuǎn)輪直徑3 m，額定出力51.5 MW，設(shè)計水頭69m，
最大水頭85 m，最小水頭60.5 m。機組主要承擔系
統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻任務。5 號機增容改造為緊水灘電廠首
臺機組改造，從原來的51.5 MW 增容至56.7 MW，新
水輪機型號為HLA835-LJ-305，改造主要更換部件
為轉(zhuǎn)輪與導葉。緊水灘水電廠5 號機增容改造前后
主要參數(shù)如表1。
表1 5 號水輪機增容前后主要參數(shù)
2 開機過程異?，F(xiàn)象分析
緊水灘水電廠5 號機增容改造后第一次自動開
機過程中，發(fā)現(xiàn)機組存在異常振動。在機組從導葉全
關(guān)自動開機到機組上升到額定轉(zhuǎn)速過程中，機組短
時突然產(chǎn)生較大振動，在發(fā)電機層機組旁能感覺到
明顯振動。
由于機組同時進行性能試驗，對機組相關(guān)的參
數(shù)進行了實時監(jiān)視記錄，因此開機過程各測點數(shù)據(jù)
也被記錄下來。機組開機過程振動、擺度、水壓、導葉
開度等各測點時域波形圖見圖2～圖4。從時域波形
圖1 緊水灘電廠5 號水輪機剖面圖
設(shè)備名稱 改造前 改造后
型 號 HL220-LJ-300 HL835－LJ－305
設(shè)計 69 72
水頭/m 最高 85 85
最低 60.5 60.5
設(shè)計出力/MW 51.500 56.7
設(shè)計流量/m3/s 84.7 93.2
額定轉(zhuǎn)速/r/min 200 200
飛逸轉(zhuǎn)速/r/min 410 410
設(shè)計最高效率/% 91.0 93.0
轉(zhuǎn)輪直徑/mm 3000 3050
轉(zhuǎn)輪葉片/只 14 13
活動導葉/只 24 24
固定導葉/只 12 12
吸出高度/m ＜-2.5 ＜-2.5
安裝高程/m 99.6 99.6
軸向力/t ≤225 ≤225
46
t4
圖5 調(diào)速器開機過程曲線圖
圖看出，機組開機過程中，機組頂蓋、定子鐵芯和定
子基座都存在突然增大的一個振動波，時間節(jié)點相
同。機組蝸殼進口水壓值與壓力脈動值有明顯的上
升尖波，頂蓋下壓力值存在下降變化波，尾水管壓力
值變化不明顯。機組導葉開度時域圖中，這一現(xiàn)象發(fā)
生在導葉最大空載開度突然關(guān)回的時刻，對應機組
轉(zhuǎn)速達到90 %左右。
圖2 機組開機過程頂蓋振動、接力器行程與轉(zhuǎn)速時域波形圖
圖3 機組開機過程尾水管、蝸殼、頂蓋下各壓力時域波形圖
圖4 機組開機過程上機架、定子鐵芯
和定子基座振動時域波形圖
在隨后的機組試驗中，多次發(fā)現(xiàn)機組自動開機
過程都存在這一現(xiàn)象，時間點都在轉(zhuǎn)速上升到約90 %
時。手動操作調(diào)速器開啟導葉使機組轉(zhuǎn)速上升到額
定轉(zhuǎn)速時，沒有異常振動現(xiàn)象。將開機過程與空轉(zhuǎn)、
帶負荷、甩負荷過程數(shù)據(jù)比較分析，發(fā)現(xiàn)開機過程蝸
殼壓力最高值與甩25 %負荷時測值相近，上機架振
動值與上導擺度遠遠大于空轉(zhuǎn)與負荷運行時數(shù)值，
也大于機組甩100 %負荷時相應值，見表2。
表2 開機過程與空轉(zhuǎn)、帶負荷、甩負荷過程數(shù)據(jù)比較表
3 原因分析
開機過程中各振動與壓力值異常增大都發(fā)生在
轉(zhuǎn)速上升到約90 %時，此時為調(diào)速器將導葉最大空
載開度突然關(guān)回的時刻。導葉突然關(guān)回，在蝸殼形成
水錘，頂蓋下形成負水錘，由于導葉后壓力無測點，
推測可能導葉后壓力變化更大，導致機組突然產(chǎn)生
明顯振動。機組開機過程導葉最大空載開度、開啟規(guī)
律、關(guān)回量與調(diào)速器開機控制策略有關(guān)。
緊水灘電廠5 號機組增容改造前后調(diào)速器開機
控制策略未作調(diào)整，調(diào)速器自動開機控制策略過程
曲線如圖5 所示。
圖5 中：A 點開度Y1 受最大和最小空載開度
設(shè)定值影響，該點的值是根據(jù)當前水頭的空載開度
加上約12 %，B 點開度Y2 為2 倍的最大空載開度。
從開機令下達到A 點的斜率（增量）是固定值，內(nèi)部
設(shè)置為每周期0.08 %開度（周期為20 ms）。A-B 段
的斜率（增量）也是固定值，內(nèi)部設(shè)置為每周期0.015 %
開度（周期約為20 ms）。到達B 點后經(jīng)過一段時間，
當機組頻率達到45~48 Hz 時（即C 點）調(diào)速器輸出
自動將導葉開度壓至按水頭計算得出的空載開度給
定值Y3 后進入空載運行工況，然后經(jīng)PID 調(diào)節(jié)到
達D 點開度Y4，整個開機過程完成。
頂蓋+X 垂直
頂蓋+X 水平
頂蓋+Y 垂直
頂蓋+Y 水平
接力器行程
轉(zhuǎn)速
機組工況 開機過程 空轉(zhuǎn)運行 額定負荷 甩負荷
蝸殼壓力最高/kPa 805
815.4
（甩50%）
上機架水平振動/mm
X：0.300
Y：0.360
X：0.126
Y：0.104
X：0.107
Y：0.079
0.243
（100%）
上機架垂直振動/mm
X：0.500
Y：0.550
X：0.038
Y：0.076
X：0.012
Y：0.030
0.129
（100%）
上導軸承擺度/mm
X：0.350
Y：0.350
X：0.115
Y：0.182
X：0.094
Y：0.120
0.144
（100%）
段文華，等：緊水第4 期 灘水電廠5 號機開機過程異常振動分析與處理 47
圖8 第二次修改后開機過程時域波形圖
圖9 最后修改后開機過程時域波形圖
初步分析機組增容改造后，轉(zhuǎn)輪通流量增大，實
際工況可能和調(diào)速器原設(shè)置的開機過程控制策略不
匹配，最大空載開度、關(guān)回量偏大，引起水輪機產(chǎn)生
較大水錘，使機組產(chǎn)生突然振動。
4 調(diào)速器開機控制策略調(diào)整試驗
結(jié)合試驗對調(diào)速器開機過程曲線進行了實測。
A 點時導葉開度為26 %，B 點時導葉開度為42 %，
Y3 位置時導葉開度為18 %，D 點時導葉開度為22 %。
初步分析B 點時導葉開度為42%相對偏大，因此通
過組合調(diào)整A、B、C、D 點位置導葉開度的方法進行
優(yōu)化。先后對調(diào)速器開機過程曲線進行了三次修改，
試驗數(shù)據(jù)如表3。通過機組的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)對修改
前后采集機組運行振動、壓力的時域波形圖比較分
析，見圖6 ~ 圖9，由于機組的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)與之前
機組穩(wěn)定性試驗監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)源不同，數(shù)據(jù)大小與
精度存在明顯差別，只能依據(jù)機組的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)
數(shù)據(jù)前后進行比較。通過時域波形圖比較分析，調(diào)速
器控制策略優(yōu)化后各部振動與壓力最高值明顯比修
改前減小。優(yōu)化后試驗時機組開機過程平穩(wěn)，人為感
覺機組開機過程中的突然振動明顯減小，甚至好于
其它機組開機過程。
表3 開機過程曲線修改參數(shù)、實際參數(shù)數(shù)據(jù)表
說明：由于第二次修改后影響其它調(diào)節(jié)品質(zhì)，因此將PID 投
入頻率改為第一次修改時值。
5 結(jié)束語
緊水灘水電廠5 號機增容改造更換了轉(zhuǎn)輪、導
水機構(gòu)等重要部件，水輪機的特性與改造前發(fā)生很
大變化，仍采用原調(diào)速器開機控制策略，導致機組自
動開機過程產(chǎn)生突然振動。通過對調(diào)速器開機控制
策略試驗調(diào)整，機組開機過程振動與壓力最高值明
顯減小，消除了開機過程異常情況，保證了開機過渡
過程平穩(wěn)。
參考文獻：
[1]魏守平.水輪機控制工程[M].武漢: 華中科技大學出版社，2005.
[2]蔡維由.水輪機調(diào)速器[M].武漢: 武漢水利電力大學出版
社，2000.
時間/名稱 修改前 第一次修改 第二次修改 最后修改
Y1/% 35 25 25 25
Y2/% 42 33 33 33
Y3/% 21 21 20 20
Y4/% 22 22 22 22
T1/s 6.20 6.52 7.12 6.8
T2/s 16.37 20.48 19.82 19.98
T3/s 21.28 34.69 28.72 29.2
T4/s 32.24 42.39 40.54 40.8
圖6 修改前開機過程時域波形圖
圖7 第一次修改后開機過程時域波形圖

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