軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化研究

軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化研究

在初驗(yàn)開運(yùn)行2年的實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)2.20m軸旋轉(zhuǎn)推進(jìn)器的問題。例如，當(dāng)機(jī)組在空間組織時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生很大的擾動(dòng)和擾動(dòng)。在0.7mw低負(fù)荷區(qū)域，振動(dòng)和擾動(dòng)的程度顯著增加。當(dāng)機(jī)組輸出率較低時(shí)，當(dāng)輸出率為92%時(shí)，機(jī)組輸出最大輸出為19.8mw（無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷的100%）。針對(duì)2臺(tái)機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況,我站組織技術(shù)人員進(jìn)行了一系列的分析、探討、試驗(yàn)和研究。其中,在對(duì)機(jī)組做協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化試驗(yàn)時(shí),取得了較為理想的成果,在耗水率基本不變的前提下,很好地提高了機(jī)組的有功出力,降低了個(gè)別負(fù)荷區(qū)的振動(dòng)和擺度,使機(jī)組的運(yùn)行工況得到了較大改善。筆者以敘述我站協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化試驗(yàn)為主,進(jìn)而驗(yàn)證了軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化對(duì)機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響,尤其是對(duì)機(jī)組發(fā)電效率的影響?；鸸人娬疚挥谒拇ㄊ飞绞秀宕h利店鎮(zhèn)上游約3km處,為馬邊河干流水電規(guī)劃梯級(jí)開發(fā)中的第四座水電站,裝設(shè)2臺(tái)軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組,單機(jī)容量20MW,設(shè)計(jì)水頭26m。工程于2007年7月開始動(dòng)工,2012年1月投產(chǎn)發(fā)電。1機(jī)組在運(yùn)行過程中存在的問題火谷水電站2臺(tái)機(jī)組自投運(yùn)起即存在以下問題:(1)機(jī)組出力較差,在額定水頭26m、導(dǎo)葉開度達(dá)到95%時(shí)機(jī)組最大出力只能達(dá)到19.8MW(為防止接力器動(dòng)作過頭,導(dǎo)葉電氣開限設(shè)定為95%)。(2)機(jī)組在0~7MW低負(fù)荷區(qū)運(yùn)行時(shí)存在強(qiáng)烈振區(qū),上導(dǎo)擺度最大達(dá)到400μm左右;非振動(dòng)區(qū)運(yùn)行的上導(dǎo)擺度大部分工況超過300μm。為確保機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,我站于2013年年初對(duì)2臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了C修。檢修的重點(diǎn)為:對(duì)機(jī)組軸線、導(dǎo)瓦間隙進(jìn)行檢查并予以調(diào)整,使其達(dá)到設(shè)計(jì)值。但在檢修之后機(jī)組振動(dòng)、擺度及出力情況沒有太大的改善。根據(jù)對(duì)該機(jī)組勵(lì)磁試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得知,各部位振動(dòng)擺度幅值與勵(lì)磁電壓幅值的關(guān)系不明顯,因此,基本可以排除電氣因素。根據(jù)上述分析,不排除該機(jī)組存在調(diào)速器導(dǎo)葉、槳葉協(xié)聯(lián)曲線不優(yōu)的情況。另外,由于水輪機(jī)模型試驗(yàn)的偏差和有關(guān)零部件加工的誤差,可能會(huì)造成現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組雖然按照廠家提供的協(xié)聯(lián)曲線調(diào)整,但實(shí)際上卻不是最優(yōu)協(xié)聯(lián)曲線,因此就需要在現(xiàn)場(chǎng)求取真機(jī)的最優(yōu)協(xié)聯(lián)曲線,并依此來進(jìn)行協(xié)聯(lián)機(jī)構(gòu)的調(diào)整工作,使機(jī)組發(fā)電效率達(dá)到最優(yōu)。為此,火谷水電站于2013年7月對(duì)2臺(tái)機(jī)組協(xié)聯(lián)曲線進(jìn)行了優(yōu)化試驗(yàn)工作。2機(jī)組導(dǎo)葉優(yōu)化試驗(yàn)(1)試驗(yàn)內(nèi)容。在各試驗(yàn)水頭下,機(jī)組做定導(dǎo)葉工況運(yùn)行,改變不同的槳葉開度進(jìn)行若干測(cè)試以測(cè)取若干參數(shù),此時(shí)最高效率的工況點(diǎn)的協(xié)聯(lián)曲線就是真機(jī)在該水頭下槳葉~導(dǎo)葉的最優(yōu)協(xié)聯(lián)曲線。對(duì)于不同的導(dǎo)葉開度,可作若干個(gè)定導(dǎo)葉工況試驗(yàn),以求取某個(gè)水頭下的最優(yōu)協(xié)聯(lián)曲線。(2)試驗(yàn)步驟。(1)定導(dǎo)葉工況試驗(yàn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水情,兩臺(tái)機(jī)組各選定一個(gè)常用水頭作為試驗(yàn)水頭(如:#1機(jī)組26m,#2機(jī)組27m)。火谷水電站機(jī)組的協(xié)聯(lián)曲線是導(dǎo)葉開度達(dá)到56%時(shí)進(jìn)入?yún)f(xié)聯(lián),把導(dǎo)葉固定在某一個(gè)既定的開度上(按原有協(xié)聯(lián)曲線開度),調(diào)整不同的槳葉開度進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)工作。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)葉開度確定槳葉開度需要進(jìn)行7、8個(gè)工況試驗(yàn)。每個(gè)工況點(diǎn)的導(dǎo)葉開度調(diào)整次數(shù)是根據(jù)所求取最高效率指數(shù)的需要而定,一般需要5~7次。(2)為克服機(jī)械死區(qū)對(duì)測(cè)試精度的影響,在測(cè)試過程中,導(dǎo)葉和槳葉調(diào)整均為單方向調(diào)整。若在某個(gè)值調(diào)過頭,則需返回上一個(gè)值后再往前調(diào)。(3)在調(diào)整導(dǎo)葉開度的過程中,記錄機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)與出力情況,如振動(dòng)值、擺度值、機(jī)組的有功功率輸出、機(jī)組的溫度變化等。(4)優(yōu)先根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性與出力情況最終確定機(jī)組的最優(yōu)協(xié)聯(lián)曲線。為進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)組的運(yùn)行工況,視機(jī)組的穩(wěn)定性情況,可適當(dāng)進(jìn)行動(dòng)平衡處理。3尾水水位調(diào)查(1)上游水位:高程456.9m;尾水水位:高程430.2m;水頭:26m。(2)#2機(jī)組定導(dǎo)葉工況試驗(yàn)時(shí)機(jī)組運(yùn)行的部分參數(shù)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。4協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化后機(jī)組各導(dǎo)擺度對(duì)比情況(1)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后得出火谷水電站#2機(jī)組在26m水頭下機(jī)組的最優(yōu)協(xié)聯(lián)曲線。優(yōu)化后的曲線規(guī)律與原協(xié)聯(lián)曲線的規(guī)律基本一致:對(duì)同一導(dǎo)葉開度進(jìn)行了比較,優(yōu)化后的槳葉開度比原槳葉開度平均增加了約3%~7%。其協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化前后對(duì)比情況見圖1。(2)協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化后,在負(fù)荷段(導(dǎo)葉開度56%~80%)對(duì)機(jī)組的振動(dòng)擺度有一定的改善作用,尤其是機(jī)組上導(dǎo)擺度有所減小;其余負(fù)荷段對(duì)振動(dòng)擺度沒有明顯影響。優(yōu)化協(xié)聯(lián)曲線前后機(jī)組各導(dǎo)軸承擺度對(duì)比情況見圖2。(3)協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化后,機(jī)組出力在不同導(dǎo)葉開度下均明顯得到了提高。在26m水頭下、導(dǎo)葉開度為86%時(shí),優(yōu)化前后的出力分別為17.8MW和18.8MW;導(dǎo)葉開度為92%時(shí),優(yōu)化前后的出力分別為19.8MW和20.1MW;導(dǎo)葉開度為95%時(shí),優(yōu)化前后的出力分別為20MW和21MW。協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化后,機(jī)組出力均能滿足設(shè)計(jì)要求。優(yōu)化協(xié)聯(lián)曲線前后機(jī)組有功出力對(duì)比情況見圖3。(4)協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化后,水輪機(jī)的發(fā)電效率明顯得到了提高。根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)得出發(fā)電效率平均提高4.73%。在26m水頭下優(yōu)化協(xié)聯(lián)曲線前后機(jī)組發(fā)電效率提高情況見表2。(5)按照上述相同的方法,進(jìn)行了#2機(jī)組在常用水頭(25m、26m、27m)下的完整性水頭試驗(yàn),最終得出#2機(jī)組調(diào)速器在常用水頭25m、26m、27m下的最優(yōu)協(xié)聯(lián)曲線,具體情況見表3。(6)#1機(jī)組參照#2機(jī)組按相同的試驗(yàn)方案進(jìn)行了協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化,得出與#2機(jī)組基本一致的結(jié)果,在此不再詳細(xì)描述與分析。5試驗(yàn)結(jié)論和建議5.1機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性(1)協(xié)聯(lián)曲線的優(yōu)化在負(fù)荷段(導(dǎo)葉開度56%~80%)對(duì)機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性有一定的改善,對(duì)于其余負(fù)荷段的機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性沒有明顯影響。(2)協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化明顯提高了機(jī)組的出力及發(fā)電效率。5.2提出建議(2)盡可能避開機(jī)組在振動(dòng)區(qū)運(yùn)行(火谷水電站機(jī)組振動(dòng)區(qū)為0~7MW)。6從機(jī)組運(yùn)行效率看(1)處理后的機(jī)組在非振動(dòng)區(qū)運(yùn)行時(shí),上導(dǎo)擺度仍有約300μm左右。對(duì)此,我廠利用年底計(jì)劃A修的機(jī)會(huì),對(duì)#2機(jī)組的軸線、各導(dǎo)瓦間隙進(jìn)行了詳細(xì)檢查和調(diào)整(通過2013年年底#2機(jī)組A修,對(duì)#2機(jī)組的軸線、各導(dǎo)瓦間隙進(jìn)行了檢查和盤車調(diào)整,現(xiàn)振動(dòng)和擺度值均在規(guī)程允許值范圍之內(nèi))?；鸸人娬?臺(tái)機(jī)組通過協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化,明顯地提高了機(jī)組的發(fā)電效率,不僅滿足了機(jī)組額定出力要求,而且還改善了機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性。由此可見:采取協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化的