黑麋峰電站1號機組發電工況軸承擺度與工況分析

吳　敏，張　濤

（國網新源湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南長沙410213）

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黑麋峰電站1號機組發電工況軸承擺度與工況分析

吳敏，張濤

（國網新源湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南長沙410213）

摘要：隨著電網技術的快速發展，電網負荷結構日漸復雜，電網尖峰負荷飛快增長，保證對尖峰發電設備的穩定運行尤為重要，本文目的在于通過研究抽水蓄能機組運行振擺特性，從而控制蓄能機組小振擺運行，保證對電網尖峰負荷的供應。

關鍵詞：振擺；水頭；有功；分析

1　引言

湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司位于湖南省長沙市望城縣橋驛鎮楊橋村，緊鄰湖南電網負荷中心長、株、潭地區。電站距長沙市區公路里程25 km，距離湘潭、株洲不足60 km，地理位置優越，是湖南省建設的首座抽水蓄能電站。電站安裝4臺單機容量300 MW可逆式機組，總裝機容量1 200 MW，以1回500kV出線黑沙線接入湖南電網500kV沙坪變電站，線路輸電距離約16.4km。設計年發電量16.06億kW·h，年抽水耗用低谷電量21.41億kW·h，年發電利用小時數1 338 h，年抽水利用小時數1 732 h。作為日調節純抽水蓄能電站，黑麋峰抽水蓄能主要擔負湖南及華中電網調峰、填谷、調頻、調相及事故備用等任務。

電站機組振動、擺度的大小反映了機組性能的好壞，同時也決定了機組和設備的壽命。劇烈的振動不但能導致水力機組結構破壞，降低使用壽命，而且大大降低運行效率和機組出力，同時也會引起水工建筑物的振動，影響廠房的安全以及各種電氣儀表的正常運行和使用。由于我廠水頭變化大，加之開機過程中需要啟動非同步導葉，所以導致機組在開機過程中和在較差工況下運行時振動、擺度非常大，甚至超過設計值，對我廠設備安全穩定運行造成了嚴重影響。

由于機組振擺主要受水輪機運行工況好壞的影響，因此要降低機組振動與擺度大小，必須優化水輪機的運行參數，改善其運行工況。本文從水輪機運行的幾個關鍵參數：工作水頭、出力、擺度等進行分析，以求找到上述參數之間內在規律，并指導運行值守人員優化機組運行工況。

2　電站由于機組機械振動、擺度過大導致的問題

2.1端子松動，信號刷屏

端子松動導致信號抖動的事件很多，壓力開關、壓差開關、壓力變送器、流量開關、流量計、液位開關、位置開關、油混水裝置、板卡、繼電器等均出現過由于端子松動導致信號頻繁變位，上位機信號暴漲，甚至出現事件記錄被刷屏信號占滿的事件。

2.2元器件誤報警

（1）CL301誤動：在機組CP啟動過程中，4臺機組均出現過在壓水時，CL301誤發“尾水管水位過高，壓水失敗”的信號，導致機組啟動失敗。

（2）溫度高：在機組運行過程中，曾出現推力瓦溫、定子繞組溫度突然飆升至幾百攝氏度的情況，如果對應的跳閘保護投入，機組必然會事故停機。

（3）CP304斷線：CP304是機組CP啟動過程中壓水成功與否的唯一判別元件，其信號的斷線將直接影響CP/P工況啟動成功。由于機組的振動，此信號曾頻繁出現。

以上列舉的只是2個經常出現的由于振動引起的元件誤動作情況，由于機組的振動較大，我廠機械保護方面的元器件又多，包括：定子繞組溫度、定子鐵芯溫度、轉子溫度、各導軸承瓦溫、油溫、水溫、主軸密封、迷宮環溫度、技術供水各處壓力、流量、機組各處振動、擺度等幾百個測點，如果投入跳閘保護，那么任何一個誤動都會導致跳機后果，機組防振工作任務艱巨。

2.3機械接頭松動與開裂

（1）非同步導葉連接軟管松脫：在進行機組調頻試驗時，發現非同步導葉動作不正常，現場檢查發現一非同步導葉連接油管松脫。

（2）主軸密封供水管破裂：2010年6月18日，運行人員在巡視水車室時，發現主軸密封水管開裂（2號機連續2 d在低水頭發電運行，振動較大）。

（3）消水環管開裂：隨著機組的運行，1號、2號機組相繼出現消水環管開裂現象，嚴重影響了機組穩定運行和廠房的安全。

（4）轉子磁極開裂：機組在運行過程中，振擺太大，導致機組轉子磁極開裂。

（5）推導軸承：機組開機轉動時，導致推導油槽甩油，其中1號、4號機較嚴重。

（6）水力測量管滴水：2號、4號機錐管人孔門口水力測量管漏水。

由于我廠水頭變化大和機組固有的S特性，我廠機組振擺在某些特定工況下過大是無可爭辯的事實，為了盡量減少以上幾類事件的發生，保證機組安穩運行，我們除了定期對設備端子進行緊固，加強對機械接頭、高（油、氣、水）壓設備人孔門、壓力彎管、消水環管等的巡視，定期對機組風洞進行檢查，我們還應采取如下措施：1）盡量避免機組在過低（高）水頭下運行；2）機組帶負荷時，盡量避開振動區。

3　1號機振擺曲線繪制與分析

電站單機容量300 MW，由于蓄能機組在發電工況主要負責調峰，機組開機時間較常規電站短，并且180 MW以下出力是電站機組發電工況振動區，機組運行效率較低，一般情況嚴禁機組在振動區運行，為了掌握機組運行擺度情況，電站運行人員在機組運行時對上導軸承、下導/推力組合軸承、水導軸承及頂蓋等振擺數據進行抄錄。現將數據分180 MW、250 MW及300 MW負荷點做統計，簡要分析機組在相應負荷情況下的水頭擺度關系。

3.11號機相關擺度數據與曲線

表1　1號機180 MW負荷時機組擺度數據　單位：mm

表2　1號機250 MW負荷時機組擺度數據　單位：mm

表1為1號機組180 MW負荷時導軸承的擺度數據，表2為1號機組250 MW負荷時導軸承的擺度數據，表3為1號機組300 MW負荷時導軸承的擺度數據。依據以上3種負荷下的擺度數據，繪制出相應的凈水頭與擺度變化曲線，見圖1、圖2、圖3。

表3　1號機300 MW負荷時機組擺度數據　單位：μm

3.21號機擺度曲線簡要分析

從圖1、圖2、圖3中可以看出，上導擺度要明顯高于其他軸承擺度，考慮到機組振擺受機械因素、電氣因素、水力因素的綜合影響，因此需特別注意對其檢查，防止出現擺度過大，導致軸承油箱甩油污染發電機的情況。圖3反應出機組在高水頭滿負荷工況下，擺度值隨水頭的變化較大，機組運行不穩定，因此值班人員在此工況下，需定期到現場檢查機組相應設備運行情況，對振擺大小、軸承油箱甩油情況需特別進行關注。比較3種出力下的擺度曲線圖，可以看出機組在250 MW運行時，機組導軸承的擺度隨凈水頭變化較小，因此值班人員可以穩定機組在此負荷下長期運行。并且在額定水頭295 m以下，機組運行的穩定性變差，在低出力時表現的尤為明顯，因此應避免在此工況下運行。

圖1　180 MW負荷水頭擺度變化曲線

圖2　250 MW負荷水頭擺度變化曲線

圖3　300 MW負荷水頭擺度變化曲線

通過分析機組在180 MW、250 MW、300 MW負荷振擺曲線，可以看出機組導軸承X、Y方向的擺度變化趨勢基本一致。依據上述數據的分析，可以將水頭分六大范圍進行比較分析，得出基本規律如表4。

表4　水頭范圍與較優工況時的出力范圍

為了更直觀看出表4的水頭及較優工況的出力范圍，對其進行相應的數據處理，利用圖表工具，繪出凈水頭-較優工況處理范圍圖，如圖4所示。

圖4　凈水頭-較優工況處理范圍圖

4　結束語

本文簡要對黑麋峰電站1號機組的擺度情況進行了分析。主要利用值班人員現場抄錄的機組擺度數據，得出機組擺度較小時的凈水頭與出力范圍關系，對電站運行值班人員優化機組運行工況有一定的指導意義。但考慮到機組振擺實際受機械因素、電氣因素、水力因素的綜合影響，相對關系較復雜，為了掌握機組在最優工況下穩定運行規律，運行人員需要積累大量的振擺數據和值班經驗。

參考文獻：

[1]高分.黑麋峰抽水蓄能電站影響機組安全穩定運行缺陷匯總分析[R].

作者簡介：吳敏（1985-），男，工程師，從事黑麋峰電站發電運行工作。

收稿日期：2015-12-25

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.04.003

中圖分類號：TK730.7

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2016）04-0011-04