洪家渡电站水轮发电机组低水头下振动分析

额 定水 头 ：１５ｍ ３
最 高水 头 ：１８ｍ ６ 最低 水 头 ：９ ０ｍ
额 定功率 ：２ ４ １ＭＷ ０ ． 设计 流 量 ：１４ １ ｓ ６ ． ／ ｍ 最 大 吸 出高度 ： 一 ． ２ｍ ４７
流以一定 的圆周速度离开转轮进入尾水管并继续旋 转 ，旋转 水 流 在 尾 水 管 中形 成 一 个 旋 转 的 真 空 涡
组 的振动 区 。不 同类 型 的水轮 机振 动 区 的范 围会 有
不 同变化 。同一 台水 轮发 电机 在不 同的水 头下 运行 时 ，振动 区的范 围也会 有 所不 同。
２ 现 状 调 查 分析
洪 家渡 电站 处 于乌 江流域 的上游 ，为 乌 江水 电
脉动幅值大 （ １ Ｐ ） 约 ６ｋ ａ ，最大脉动压力 主要分 布 在 低频 段 （ 倍 频 ３３Ｈ 以 内 ） 图 ２ １ ． ｚ 见 。同时 ，在尾
带 ，当此 真空 涡 带扫 射到 尾水 管壁 时 ，尾水 管 管壁 振动 剧烈 ，尾 水 管 内产生 强烈 的噪音 并在 管壁 上形 成 周 期性 的水 流 冲击声 ，当尾 水管 的低 频压 力 脉动 与 电力 系统 的 自振频率 发 生共 振 时 ，还 会造 成 机组 严 重 的 出力摆 动及 机架 的轴 向振动 加剧 。这 种 偏离 设 计 运行 工 况 的 区 域 就 是 我 们 常 说 的 “ 动 区 ” 振 ，
象 ，特别是高水头水轮机尤为突出。按引起振动的
原 因不 同可将 振 动分 为机 械 振动 、水 力振 动 和 电磁 振动 ３种 类 型 。引起机 械 振动 的 主要 因素有 转 动部
分质量不平衡 、机组轴线不正和导轴承缺陷等；引 起 电磁振 动 的主要 因素有 转子 绕组 匝间短路 、定转
洪 家渡 电站 水轮 机 主要技 术参 数如下 ：
型 号 ：Ｈ Ｓ ６ Ｌ １ ６一Ｌ ４ ４ Ｊ一 ２
振动不但会影响水轮机的正常工作 ，而且会引
起 机 组源自文库和厂房 的损坏 。机 组 的振动 除 了与 制造 和安 装质 量 有 关 外 ，与 机 组 的运 行 工 况 还 有 密 切 的联 系 。在偏 离设 计 工况 下运 行 时 ，水 轮 机转 轮 出 口水
子 间气 隙不对 称 、磁 极极 性不 对 等 ；引起 水力 振动 的 主要 因素有 水 力 不 平 衡 、尾 水 管 中水 流 不 稳 定 、 涡列 及 空腔气 蚀 等 。一般 而 言 ，引起 水轮 发 电机组
振动 的原 因主要 是水 力振 动 。
足系统的需要 ，又能满足机组 自 身的安全稳定运行 要求 ，是洪家渡电站需要解决的重要 问题 。
张金 星 ：洪家渡 电站水 轮发电机组低水头下振动 分析
２１ ０ １年 （ 增刊 ）
水 管壁处 可以感 觉 到强烈 的水 流撞击 声及 尾水 管 壁
行 会 导致 尾水 管壁 损 伤撕裂 等现 象 。
流域开发梯级中的龙头电站 ，水库为不完全多年调 节水库 ；电站装有 ３台 ２０ ｗ 混流式水轮发 电机 ０ Ｍ
收 稿 日期 ：２ １ — ０ １ ０ １ １— ９
作者简 介：张金星 （９ ２ ） １７ － ，男 ，贵州省贵阳市人 ， 工程师 ，长期 从事水 电厂运行及管理工作。
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３ ・ ５
中图分类号 ：Ｔ ７０ Ｋ３ 文献标志码 ：Ｂ 文章编 号 ：１０ — １３ ２ １ ） ０ ７ ０ ３ （０ １ 增刊 一 ０ ５ ０ ０３—３
Ｏ 引 言
水 轮 发 电机 组 的振 动 是一 个 普 遍 存 在 的 问题 ， 运行 中的水 轮发 电机 组不 同程 度上 都存 在 着振 动现
第２ ５卷 （ 增刊 ）
贵州水力发 电
ＧＵＩ ０Ｕ ＡＴＥＲ ＺＨ Ｗ Ｐ０Ｗ ＥＲ
２１ ０ １年 １ ２月
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水 电站 运行 ・
洪家渡 电站水 轮发 电机组低水头下振动分析
张 金 星
（ 贵州乌江水 电开 发有 限责任公司洪家渡发 电厂 ，贵州 黔西 ５ １０ ） ５５ １
摘要 ：介绍洪 家渡电站机组投运 以来 ，机组 长期在低水头下带部分 负荷 运行 时的振动原因分析和采取的对策。 关键词 ：水力 机械 ；水轮发 电机 ；振动 ；压 力脉 动 ；洪家渡 电站
力脉动值及脉动频率进行对 比，分析如下 ： （ ）空载 运行 时 ，尾水 锥管 压力 大 ，压力 脉 动 １ 幅值较 小 （ ９ｋ ａ ，最大 脉 动 压力 在 各频 率 段 分 约 Ｐ ）
布离散 （ 图 １ ，机组 长期 在此 工况 下运 行不 易 产 见 ）
生 共振 。 （ ） ０ＭＷ 负 荷 时 ，尾 水锥管 压力 较大 ，压 力 ２ ６
组 ，机组开 、停机 快捷 、方便 ，负荷调节速度快 、 调 节范 围 大 。 自 ２０ ０４年 以来 ，水 库 一 直 在低 水 位
下 运行 （ ８ 高程 以下 ，净 水 头 １３—１５ｍ） １１０ｍ ０ ０ ， 且 在 以后 的几年 时 间 内 ，由于整个 流域梯 级 电站联 调 用水 的 原 因 ，水 库 长 期 保 持 在 较 低 的 水 位 下 运 行 。机 组并 人 贵州 电网 运 行 ， 自动 发 电 控 制 Ａ Ｃ Ｇ 投 入 ，担任 电 网调峰 任务 。 由于 电网调 峰需要 ，机 组 长期 运行 在低 负荷 区 ，负荷 调整 频繁 ，因此 振动 区运 行 矛盾 突 出。如何 科 学地设 置 振动 区范 围 ，合 理 避开 振动 区运 行 ，使机 组在 低水 头条件 下 既能满
一
选 择 ３号 水轮 发 电机 组 的空 载 、６ ０ＭＷ 负荷 、 １０Ｍ 负荷 （ ３ Ｗ 当前 水头 下 的最大 负荷 为 １０ＭＷ） ４ ３ 个 典 型工 况点 进行 调查 ，对 各工况 下 尾水锥 管段 压
般 来说 ，４ ％ ～ ０ 的额 定 负荷 区 间是混 流 式机 ０ ６％