白山蓄能電站水輪機壓力脈動結(jié)果分析

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1、白山電站抽水蓄能機組水泵工況的壓力脈動分析趙英男趙越郭全寶（哈爾濱大電機研究所哈爾濱150040）[摘要]本文結(jié)合抽水蓄能機組水泵工況的特性，對白山機組水泵工況的過渡過程及穩(wěn)定抽水工況的壓力脈動性能進行分析。[關(guān)鍵詞]抽水蓄能機組水泵工況壓力脈動1前言抽水蓄能電站與常規(guī)水電站相比,能很有效地應(yīng)付電網(wǎng)負荷的變化，在電力系統(tǒng)中,具有調(diào)峰、填谷和事故備用等多種功能，具備機組啟停頻繁、調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)點。由于抽水蓄能機組的特點，影響機組運行穩(wěn)定性的壓力脈動等特性成為最初設(shè)計和機組運行時需要重點考察的指標。一般來說，水泵水輪機的壓力脈動可能造成對過流部件的瞬時超值載荷形成過

2、大機械應(yīng)力和在機組構(gòu)件上形成交變應(yīng)力，造成機組某些部件的疲勞破壞。另外，如果壓力脈動頻率與機組構(gòu)件的固有頻率相重合，可能引起機械構(gòu)件的共振，影響機組的穩(wěn)定運行。近年來，我國抽水蓄能機組得到了很大的發(fā)展，但是對抽水蓄能機組特別是抽水工況的壓力脈動特性的了解不夠，所以在白山抽水蓄能電站的機組上進行了抽水工況下的壓力脈動試驗，以了解抽水工況的壓力脈動特性，為機組的設(shè)計和穩(wěn)定性運行提供技術(shù)數(shù)據(jù)上的參考和判斷。2電站及機組參數(shù).白山抽水蓄能泵站位于白山電站二期工程的上游側(cè)，為地下式廠房。利用白山水庫為上庫，已建的紅石水庫為下庫，共安裝2臺立軸可逆式機組，主要功能是抽水，

3、兼具發(fā)電功能。白山電站抽水蓄能機組部分參數(shù)如下。表1白山電站抽水蓄能機組參數(shù)水頭和揚程水輪機工況最大水頭123．9m最小水頭105.8m額定水頭113m水泵工況最大動揚程130．4m最小動揚程108．2m額定動揚程126.7m水泵水輪機型號HLN849-LJ-522轉(zhuǎn)輪直徑D15226.5mm額定轉(zhuǎn)速200r/min葉片數(shù)7個水輪機工況旋轉(zhuǎn)方向俯視順時針水輪機額定出力139MW3試驗測點的確定在試驗前，根據(jù)電站的測壓管路圖，確定了抽水蓄能機組壓力脈動測量位置，在轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)葉間測壓點和尾水管測壓點分別安裝了一只壓力脈動傳感器來測量兩處的壓力脈動。另外，在蝸殼進口和

4、尾水管出口安裝壓力傳感器，根據(jù)測量值計算機組水泵工況的揚程。轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)葉間和尾水管是水泵水輪機的兩個關(guān)鍵位置，在水泵工況下，轉(zhuǎn)輪出口水流與導(dǎo)葉、固定導(dǎo)葉之間撞擊會產(chǎn)生較大的壓力脈動，尾水管中復(fù)雜的、特殊的流態(tài)也是產(chǎn)生壓力脈動的主要原因。4試驗結(jié)果分析白山機組為立軸混流式水泵水輪機，水泵工況采用壓水起動操作方式，用壓縮空氣將轉(zhuǎn)輪室的水位壓下，使轉(zhuǎn)輪在空氣中旋轉(zhuǎn)，以降低起動轉(zhuǎn)矩，這樣來防止機組啟動電流過大，同時使用電氣方法起動機組作電動機運行。在此次試驗中，對7號機的水泵啟動至抽水工況進行了全程連續(xù)的采集，每一個文件采集10秒，共計16.5分鐘。其中注氣壓水啟動約為

5、90秒，排氣充水、造壓過程約為30秒，開導(dǎo)葉至抽水工況約為100秒。對每一個文件的壓力脈動進行計算，將壓力脈動絕對值換算為米水頭，為縱坐標，時間為橫坐標畫圖分析。下圖為水泵啟動至抽水工況過程中，兩個壓力脈動測點的壓力脈動絕對值。轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)葉間壓力脈動絕對值7.0006.000①②③④⑤5.000O)24.000(mH3.0002.0001.0000.00001002003004005006007008009001000(s)圖1轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)葉間壓力脈動絕對值尾水管壓力脈動絕對值2.5002.000①②③④⑤1.500O)2(mH1.0000.5000.0000200

6、4006008001000(s)圖2尾水管壓力脈動絕對值在兩個圖中①部分，機組處于20%額定轉(zhuǎn)速，在此階段機組兩處測點的壓力脈動平穩(wěn)。此時進行各電壓回路和電流回路的檢查，選擇此轉(zhuǎn)速是因為如發(fā)生電氣短路事故，對設(shè)備不會造成較大的危害。在20%額定轉(zhuǎn)速下檢查無異常情況下，才可逐漸升轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速。在圖中②部分，機組進行注氣壓水起動，將尾水管的水面壓至轉(zhuǎn)輪以下，轉(zhuǎn)輪在空氣中旋轉(zhuǎn)加速。進行注氣壓水起動的初始，轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)葉間的壓力脈動有很大的階躍。并且在注氣壓水起動的過程中，轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)葉間的壓力脈動仍有較大的波動。并且，由于仍有少量的水通過導(dǎo)葉漏入轉(zhuǎn)輪室，對轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)葉間的壓

7、力脈動會造成少量的影響。尾水管的壓力脈動測點處于尾水管處的肘管位置，始終位于水中，從結(jié)果看尾水的壓力脈動保持平穩(wěn)的狀態(tài)。在③中，隨著轉(zhuǎn)輪室的壓縮空氣排出，尾水管內(nèi)水面逐漸上升。從圖中看出，在短暫時間內(nèi)，隨著空氣的排除，轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)葉間的絕對壓力脈動呈現(xiàn)逐步下降的趨勢，尾水管內(nèi)的絕對壓力脈動比較平穩(wěn)。在造壓的工況中，轉(zhuǎn)輪室內(nèi)的空氣基本排盡，轉(zhuǎn)輪內(nèi)的水流突然連成一體，機組在瞬間達到了關(guān)閉揚程，由于導(dǎo)葉是關(guān)閉的，在尾水管內(nèi)形成了強烈的回流，這一過程很劇烈和迅速。圖中④可以看出，絕對壓力脈動值突然有很大的階躍，并且在此過程中處于較大波動的狀態(tài)。頂蓋與轉(zhuǎn)輪間的絕對壓力脈動在

8、水流瞬間完全充滿轉(zhuǎn)輪室后也存在一個階躍