三峡水轮机水力稳定性研究

20% 18% 16% 14% 12% 10%
8%
6% 4% 2% 0% 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 有功功率(MW)
145.5m 146.5m 148m 150m 152m 154m 156m 158m 160m 162m 164m 166m 168m 170m 172m 10年171.5m 10年172.5m 10年173.5m 10年174.5m


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验研究的 方法和成果，对大型水电机组的运行稳定 性有一定的指导意义。由ALSTOM、VGS、 东电、Alstom、哈电五家厂商设计的水轮 机，水力参数大同小异,但稳定运行范围各 有千秋, 五种机型水轮机的水力设计都还 有取长补短，进一步优化的空间。

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。
6% 5% 4% 3% 2% 1% 0% 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 有功功率MW
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
有功功（率MW）
图10 上游水位175m时真机与模型尾水压力脉动对比曲线

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；
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。

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” 。
图1. 左岸电站7号机6导叶(2007～2008冬修时摄)
图2. 左岸电站6号机转轮叶片(2007-2008冬修时摄)


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。
压力脉动相对值
16F机组原型与模型尾水压力脉动趋势图 14% 原型机组趋势 模型机组趋势
原型机组趋势
压力脉动相对值
12% 10% 8% 6% 4% 2% 0%
模型机组趋势 8% 6% 4% 2% 0% 0 100 200 300 400 有功功率MW 500 600 700 800
0
100
200
300

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
图12
左岸VGS 8号水轮机运行分区
图3 三峡6F(ALSTOM)全水头尾水锥管下游水压脉动
图4 三峡8F(VGS)全水头尾水锥管下游压力脉动
图5 三峡16F(东电)全水头尾水锥管下游压力脉动
图6 三峡21F(Alstom)全水头尾水锥管下游压力脉动

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
400
500
600
700
有功功率（MW）
图9 上游水位145.5 m时真机与模型尾水压力脉动对比曲线
8F机组原型与模型尾水压力脉动趋势图 9% 8% 7%
压力脉动相对值
16F机组原型与模型尾水压力脉动趋势图 12%
原型机组趋势 模型机组趋势
压力脉动相对值
原型机组趋势 10% 8% 6% 4% 2% 0% 模型机组趋势
图13
右岸东电 16号水轮机运行分区
图14
右岸Alstom水轮机运行分区
图15
右岸哈电水轮机运行分区

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。
谢谢大家
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）。
图7
21F振动摆度随 负荷变化


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；
146m 147m 149m 151m 153m 155m 157m 159m 161m 163m 165m 167m 169m 171m 172.5m 10年172m 10年173m 10年174m 10年175m
图8 三峡26F(哈电动趋势图 12% 10%
三峡电站原型水轮机 性能试验
符建平
郑莉媛
潘罗平
刘光宁
2012.04.15

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。