｝ｅ鞠 醴ｅ Ｖ 第２７卷第１１期 ２０１１年ｌ１月 电网与清洁能源 Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｃｌｅａｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｖ０１．２７ Ｎｏ．１１ ＮＯＶ．２０１１ 文章编号：１６７４—３８１４（２０１１）１１－００８８—０５ 中图分类号：ＴＭ３１２ 文献标志码：Ａ 灯泡贯流式水轮发电机组稳定性测试与分析 周斌１，万天虎ｚ，李华２ （１．大唐定边风电厂，陕西定边７１８６００；２．陕西电力科学研究院，陕西西安７１００５４） Ｓｔａｂｄｌｔｙ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｂｕｌｂ Ｔｕｂｕｌａ Ｔｕｒｂｉｎｅ《ｉｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｊ ＺＨＯＵ Ｂｉｎ ，ＷＡＮ Ｔｉａｎ—ｈｕ ，ＬＩ Ｈｕａ２ （１．Ｄｉｎｇｂｉａｎ Ｗｉｎｄｆａｒｍ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｄａｔａｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｄｉｎｇｂｉａｎ ７ １ ８６００，Ｓｈａａｎｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｈａａｎｘｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ＰｏＷｅｒ Ｒｅｓｅａｒｅｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ．Ｘｉ’ａｎ ７ １００５４，Ｓｈａａｎｘｉ ＰｒｏｖｉｎｃｅＣｈｉｎａ） ．ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｆｏｒ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｔａｔｅｓ ｏｆ ｂｕｌｂ ｔｕｂｕｌａｒ ｔｕｒｂｉｎｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｕｎｉｔｓ ｏｆ 也比较大，因此，灯泡贯流式机组的水力振动是影 响机组运行稳定性的重要原因。另外由于制造、安 装等原因可能造成机组转动部分重量不平衡，离心 力不平衡以及协联关系不匹配都是引起机组运行 不稳定的常见原因。通过测试，可全面分析出机组 ｃｅｒｔａｉｎ ｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ ｉｓ ｃａｎｉｅｄ ｏｕｔ，ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｉｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｓｔａｎｄａｒｄｓ，ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｒｅａｓ ｏｆ ｔｈｅ ｕｎｉｔｓ ｉｓ ｄｉｖｉｄｅｄ。ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｆｏｒ ｅｘｉｓｔｅｎｔ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｕｎｉｔｓ，ａｎｄ ｓｃｉｅｎｔｉｉｃ ｂａｓｉｓｆ ｉｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｆｏｒ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｕｎｉｔｓ． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ：ｂｕｌｂ ｔｕｂｕｌａ；ｔｕｒｂｉｎｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｕｎｉｔｓ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ； ｔｅｓｔｉｎｇ 的运行状况，为机组的检修、运行提供可靠依据 ｌ。 机组运行稳定性夏求 １）（ＧＢ／Ｔ８５６４－－２００３水轮发电机组安装技术规 范》第１５－３条第１５＿３．１一ｄ）款规定：测量机组运行摆度 （双振幅），其值应不大于７５％的轴承总间隙。 ２）ｃＢ／１’８５６４—２００３第１５．３条第ｌ５．３．１一ｅ）款规 定：对转速小于２５０～３７５ ｒ／ｍｉｎ的机组测量机组振 摘要：对某电站灯泡贯流式水轮发电机组的运行状态进行 了拿面的综合性能测试，依据相关的技术标准进行了评价， 划分了机组振动区域，对机组存在的问题提出了改进措施， 为机组检修、运行提供了科学依据。 关键词：灯泡贯流式；水轮发电机组；稳定性；测试 灯泡贯流式水轮机 具有适用水头低、过机流 量大以及效率高等特点，一般用于开发低水头、大 流量的水力资源，水头适应范围为５～２５ ｍ。机组结 构与常规的混流式和轴流转桨式机组存在较大的 区别，整个机组为卧式布置，发电机组横向布置在 流道中，典型结构如图１所示。灯泡贯流式流道顺 直，流场分布较均匀，水力效率较高，在相同的容量 下尺寸比立式机组小得多，机组重量轻，土建工程 量小，节省投资。近年来机组单机容量越来越大，目 动，水导、发导轴承振动不能超过８０ ＬＬｍ，发导轴承 轴向振动不能超过８０ ｍ；灯泡头水平振动不超过 １００ ｍ；以上振动限定值为除过速运行以外的各种 稳定运行工况下的双振幅值。 ３）《水轮发电机基本技术条件ＧＢ／Ｔ７８９４—２００１） 第４．３．１０条规定：在水轮发电机出口处上方垂直距 离１ ｍ处测量的噪声水平，应不超过８５ｄＢ（Ａ）。 前已投产广西桥巩电站机组单机容量为５７ ＭＷ，是 国内最大的灯泡贯流式机组。 ４）《水轮机基本技术条件ＧＢ／Ｔ １ ５４６８－２００６） 第５．８条规定：水轮机正常运行时，在转轮室周围ｌｍ 处所测得的噪声不应大于９０ ｄＢ。 灯泡机组整体均在流道中，其中灯泡体是灯泡 贯流式机组的核心部分，它外部作为过水流道的一 部分内部布置机组大轴、轴承、发电机定子、转子等 部件。灯泡体是大型的薄壳外压容体结构，承受水 压力、转动以及固定部分重量。由于机组转动惯量 ２测试内容及测点布置 ２．１ 测试项目 ２．１．１变转速试验 小，使得 （水流惯性时间常数）／ （机组惯性时间 常数）值较大，水轮机水力振动对机组振动的影响 试验时把机组转速分别调整至６０％、８０％、 一 Ｃｌｅａｎ Ｅｎｅｒ ｇ 第２７卷第１１期 电网与清洁能源 ８９ 图１ 灯泡贯流式机组典型结构图 Ｆｉｇ．１ Ｆｈｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｂｕｌｂ ｔｕｒｂｉｎｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｕｎｉｔ １００％、１１０％的额定转速，每工况下要稳定运行５ ｒａｉｎ， 情况，确定振区范围。 观测分析机械因素（转子质量不平衡）对机组振动 的影响。试验过程中发电机转子不加励磁，机组在 ２ ２测点布置 ２．２．１ 大轴摆度测点 上述不同转速运行稳定后，测量机组各部位的振 动、大轴摆度。 １）受油器处摆度测点（ 、Ｙ方向各一个）：传感 器支架固定在受油器外罩处。 ２．１．２变励磁试验 机组以额定转速运行，试验时励磁电流分别调 整至发电机空载额定电压对应的励磁电流的０％、 ５０％、１００％，实测试验中励磁电压变化，每工况要稳 ２）发电机轴承摆度测点（ 、ｌ，方向各一个）：传 感器支架固定在轴承外壳上。 ３）水轮机轴承摆度测点（ 、ｙ方向各一个）：传 感器支架固定在轴承外壳上。 定运行５ ｍｊｎ，观测分析电气因素（磁拉力不平衡）对 ４）大轴摆度键相测点：传感器支架固定在水导 机组振动的影响。 ２．１．３变负荷试验 轴承外壳上，与水导摆度测点位置一致。 ２．２．２振动测点 机组从并网后空载运行开始，负荷一般以１０％ 额定负荷为步长，从空载逐步增加至额定负荷。每 １）灯泡头轴向振动，灯泡头＋ 方向（水平传 感器）。 个工况稳定运行５ ｍｉｎ。在额定转速和额定励磁工况 下机组运行试验，主要分析机组带负荷情况下运行 ２）灯泡头径向振动，灯泡头＋ 方向（垂直传 感器）。 ● ≯ 蠢 。 ｒ 周斌，等：灯泡贯流式水轮发电机组稳定性测试与分析 ３）发电机导轴承径向振动，＋ｙ方向（垂直传 感器）。 ４）发电机导轴承（组合轴承）轴向振动， 方 向（水平传感器）。 ５）水轮机导轴承径向振动，＋ｙ方向（垂直传 感器）。 ６）水轮机导轴承径向振动，＋ 方向（水平传 感器）。 ７）转轮室径向振动，＋ｙ方向（垂直传感器）。 ８）转轮室径向振动，十 方向（水平传感器）。 ２．２．３压力测点 １）导叶进口前：压力传感器安装在水压测量 盘上； ２）尾水进口：压力传感器安装在水压测量 盘上。 ２．２．４噪音测点 １）灯泡头； ２）发电机出口１ ｍ处； ３）发电机层； ４）转轮室上方１ ｍ处。 ３测试实例分析 ３ １机组基本参数 机组基本参数见表１。 表１机组基本参数 Ｔａｂ．１ Ｂａｓｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｕｎｉｔ 型号 ＧＺ（６５０）一ＷＰ一５４５ 布置方式 水平布置 额定转速 １２５ ｒ／ｒａｉｎ 额定水头 １９．６ｍ 活动导叶数 １６ 叶片数 ５ 转轮直径 ５．４５ｍ ３．２变转速试验 提取机组在空转状态６０％、８０％、１００％以及 １ １０％转速下大轴摆度、水导轴承支架振动转频分 量，得到转频分量与转速平方关系图２。 根据转速平方变化趋势，总体上不随着转速的 升高呈线性上升，动平衡问题对机组稳定运行影响 很小，基本上不存在明显的动平衡问题。 一 ——■ 、、● ／童 Ｊ‘． ．．—，一 一：／：一 一 ０Ｏ ７ ＇００ ９ ０００ ｌ１ Ｏ０ １３ ０００ １ ５ ０００ ｌ ７ ００Ｏ １９ ０Ｏ０ （ｒ／ｓ）。 ＋受油器． ＋受油ｌ器＋ｙ 水导＋ 水导＋ｙ — 一水导轴承径向振ｄｊ＋Ｘ ＋水 轴承径 振动＋ｙ 图２振动、摆度转频分量与转速平方关系图 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎａｌ ｇｒａｐｈ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｒｔ）ｒａｔｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｍｐｏｎｅｕｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ，ｔｈｒｏ￣ｖ ａｎｄ ｓｑｕａｒｅ ０ｆ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ３。３变励磁试验 图３为励磁电压与振动摆度关系曲线。从曲线中 可以看出：随着励磁电压的变化机组大轴摆度以及 灯泡头、轴承支架振动变化不明显，不存在明显的 磁拉力不平稳问题。 ４０ ６ｏ ８ｏ 励磁电压／％ ＋灯泡头轴向＋ －．Ｉ一灯泡头径向＋ 发导轴向＋ 一 水导径向＋ｒ— 一水导径向＋ ＋转轮室径向＋ｒ ＋转轮室径向斗 图３励磁与振动摆度关系曲线 Ｆｉｇ．３ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｃｕｒｖｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ３．４变负荷试验 图４为大轴摆度随负荷变化曲线，在７５％（３５ ＭＷ） ■ ≥＿ ｅ｛ 赫 《ｓｅｃｇｙ ９２ 周斌，等：灯泡贯流式水轮发电机组稳定性测试与分析 室、水导轴承振动的原因，这与常规混流式机组、轴 流式机组一样，但是对于混流、轴流式机组一般尾 水压力脉动较大的工况应该在部分工况下（３０％～ ５０％负荷），而试验对象机组负荷越大尾水压力脉 动越大，与常规的混流式、轴流转桨式机组有明显 区别。 ３．５噪音测试结果 根据空载工况、２０ ＭＷ、４４ ＭＷ负荷的噪音测量 结果（表２），在２０ ＭＷ、４４ ＭＷ负荷下转轮室噪音超 过标准，在４４ ＭＷ发电机出口噪音超标。 表２噪音测试结果 Ｆａｂ．２ Ｆｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｎｏｉｓｅ ｄＢ ４ 结语 从试验机组实测结果分析，尾水压力脉动随着 机组负荷的增大而增大，与混流式机组在部分负荷 工况下尾水压力脉动较大不同，尾水进口压力脉动 会直接引起转轮室振动。 根据噪音测量结果，存在噪音超标的情况，特 别是在灯泡头噪音较大超过１００ ｄＢ，在日常工作 中工作人员配备相应的劳保用品，做好噪音的防 护工作。 对于转轮室振动幅值目前无明确的国家和行 业标准，为确保机组安全，在对机组转轮室结构、材 料、应力综合分析以及测试的基础上，制定机组转 轮室振动的运行标准，以及制定相应的技术措施。 参考文献 【ｌ】 游赞培，杨类琪．灯泡贯流式水电站［Ｍ］．北京：中国水利 水电出版社，２００９． 『２１ 黄金树．洪江．灯泡贯流式水轮机性能与运行状况分 析［Ｊ１．水电站机电技术，２００９，３２（４）：１８—２１． ＨＵＡＮＧ Ｊｉｎ－ｓｈｕ．Ｈｏｎｇｊｉａｎｇ．Ｔｕｂｕｌａｒ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ Ｓｉｔｕａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｉｒｉ— ｃａｌ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ，２００９，３２（４）：１ ８—２ １（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）． ［３］ 扬波，李培根．贯流式水轮机转轮试验研究 东方电 机，２００１ｆ１１：４１—４８． ＹＡＮＧ ｂｏ．ＬＩ Ｐｅｉ－ｇｅｎ．Ｔｈｅ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｒｕｈ— ｕｌａｒ Ｔｕｒｂｉｎｅ ＲｕｎｎｅｒＪ］．Ｄｏｎｇｆａｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｍａｃｈｉｎｅ，２００１ （１）：４１－４８０ｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）． 韩秀丽，娄国彬，刘万江，等．间隙模拟技术在贯流水 轮机数值分析中的应用 ．水电能源科学，２００９（４）： １７０—１７２． ＨＡＮ Ｘｉｕ－ｌｉ，ＬＯＵ Ｇｏｕ－ｂｉｎ，ＬＩＵ Ｗａｎ－ｊｉａｎｇ，ｅｔ ａ１．Ａｐｐｌｉｃａ－ ｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｌｅａｒａｎｃｅ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｉｎ Ｎｕｍｅ—ｒｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｔｕｂｕｌａｒ Ｔｕｒｂｉｎｅ［Ｊ］．Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ， ２００９（４１：１７０—１７２（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）． 『５】 王辉斌，莫剑，刘强，等．贯流式水轮发电机组ＡＧＣ运行 稳定性影响试验研究【Ｊ］．大电机技术，２００９（５）：４３—４８． ＷＡＮＧ Ｈｕｉ－ｂｉｎ，ＭＯ Ｊｉａｎ，ＬＩＵ Ｑｉａｎｇ，ｅｔ ａ１．Ｔｈｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｗｏｒｋ ｏｆＴｕｂｕｌａｒ Ｔｕｒｂｉｎｅ’Ｓ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ ＡＧＣ［Ｊ］． Ｌａｒｇｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍａｃｈｉｎｅ ａｎｄ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｔｕｒｂｉｎｅ，２００９（５）： ４３－４８（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）． 【６］ 李延频，李明堂，任岩，等．水轮发电机组振动分析及处 理［Ｊ］．水力发电，２００８，３４（６）：６７—６９． ＬＩ Ｙａｎ－ｐｉｎ，Ｌ１ Ｍｉｎｇ－ｔａｎｇ，ＲＥＮ Ｙａｎ，ｅｔ ａ１．Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｄｉｓｐｏｓａｌ ｏｆ Ｈｙｄｒｏ－ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ Ｕｎｉｔ［Ｊ］．Ｗａｔｅｒ Ｐｏｗｅｒ，２００８，３４（６）：６７－６９（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）． 收稿日期：２０１１－１１－０７。 作者简介： 周斌（１９７５一），男，助理工程师，从事发电厂设备管理工作。 （编辑李沈）
