軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化研究

軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化研究

在初驗開運行2年的實踐中，發(fā)現(xiàn)了兩個2.20m軸旋轉(zhuǎn)推進器的問題。例如，當(dāng)機組在空間組織時，它會產(chǎn)生很大的擾動和擾動。在0.7mw低負荷區(qū)域，振動和擾動的程度顯著增加。當(dāng)機組輸出率較低時，當(dāng)輸出率為92%時，機組輸出最大輸出為19.8mw（無法達到標(biāo)準(zhǔn)負荷的100%）。針對2臺機組的實際運行情況,我站組織技術(shù)人員進行了一系列的分析、探討、試驗和研究。其中,在對機組做協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化試驗時,取得了較為理想的成果,在耗水率基本不變的前提下,很好地提高了機組的有功出力,降低了個別負荷區(qū)的振動和擺度,使機組的運行工況得到了較大改善。筆者以敘述我站協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化試驗為主,進而驗證了軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化對機組安全、經(jīng)濟運行的影響,尤其是對機組發(fā)電效率的影響。火谷水電站位于四川省樂山市沐川縣利店鎮(zhèn)上游約3km處,為馬邊河干流水電規(guī)劃梯級開發(fā)中的第四座水電站,裝設(shè)2臺軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組,單機容量20MW,設(shè)計水頭26m。工程于2007年7月開始動工,2012年1月投產(chǎn)發(fā)電。1機組在運行過程中存在的問題火谷水電站2臺機組自投運起即存在以下問題:(1)機組出力較差,在額定水頭26m、導(dǎo)葉開度達到95%時機組最大出力只能達到19.8MW(為防止接力器動作過頭,導(dǎo)葉電氣開限設(shè)定為95%)。(2)機組在0~7MW低負荷區(qū)運行時存在強烈振區(qū),上導(dǎo)擺度最大達到400μm左右;非振動區(qū)運行的上導(dǎo)擺度大部分工況超過300μm。為確保機組安全經(jīng)濟運行,我站于2013年年初對2臺機組進行了C修。檢修的重點為:對機組軸線、導(dǎo)瓦間隙進行檢查并予以調(diào)整,使其達到設(shè)計值。但在檢修之后機組振動、擺度及出力情況沒有太大的改善。根據(jù)對該機組勵磁試驗數(shù)據(jù)進行分析得知,各部位振動擺度幅值與勵磁電壓幅值的關(guān)系不明顯,因此,基本可以排除電氣因素。根據(jù)上述分析,不排除該機組存在調(diào)速器導(dǎo)葉、槳葉協(xié)聯(lián)曲線不優(yōu)的情況。另外,由于水輪機模型試驗的偏差和有關(guān)零部件加工的誤差,可能會造成現(xiàn)場機組雖然按照廠家提供的協(xié)聯(lián)曲線調(diào)整,但實際上卻不是最優(yōu)協(xié)聯(lián)曲線,因此就需要在現(xiàn)場求取真機的最優(yōu)協(xié)聯(lián)曲線,并依此來進行協(xié)聯(lián)機構(gòu)的調(diào)整工作,使機組發(fā)電效率達到最優(yōu)。為此,火谷水電站于2013年7月對2臺機組協(xié)聯(lián)曲線進行了優(yōu)化試驗工作。2機組導(dǎo)葉優(yōu)化試驗(1)試驗內(nèi)容。在各試驗水頭下,機組做定導(dǎo)葉工況運行,改變不同的槳葉開度進行若干測試以測取若干參數(shù),此時最高效率的工況點的協(xié)聯(lián)曲線就是真機在該水頭下槳葉~導(dǎo)葉的最優(yōu)協(xié)聯(lián)曲線。對于不同的導(dǎo)葉開度,可作若干個定導(dǎo)葉工況試驗,以求取某個水頭下的最優(yōu)協(xié)聯(lián)曲線。(2)試驗步驟。(1)定導(dǎo)葉工況試驗。根據(jù)現(xiàn)場水情,兩臺機組各選定一個常用水頭作為試驗水頭(如:#1機組26m,#2機組27m)。火谷水電站機組的協(xié)聯(lián)曲線是導(dǎo)葉開度達到56%時進入?yún)f(xié)聯(lián),把導(dǎo)葉固定在某一個既定的開度上(按原有協(xié)聯(lián)曲線開度),調(diào)整不同的槳葉開度進行優(yōu)化試驗工作。根據(jù)現(xiàn)場導(dǎo)葉開度確定槳葉開度需要進行7、8個工況試驗。每個工況點的導(dǎo)葉開度調(diào)整次數(shù)是根據(jù)所求取最高效率指數(shù)的需要而定,一般需要5~7次。(2)為克服機械死區(qū)對測試精度的影響,在測試過程中,導(dǎo)葉和槳葉調(diào)整均為單方向調(diào)整。若在某個值調(diào)過頭,則需返回上一個值后再往前調(diào)。(3)在調(diào)整導(dǎo)葉開度的過程中,記錄機組的運行狀態(tài)與出力情況,如振動值、擺度值、機組的有功功率輸出、機組的溫度變化等。(4)優(yōu)先根據(jù)機組的運行穩(wěn)定性與出力情況最終確定機組的最優(yōu)協(xié)聯(lián)曲線。為進一步優(yōu)化機組的運行工況,視機組的穩(wěn)定性情況,可適當(dāng)進行動平衡處理。3尾水水位調(diào)查(1)上游水位:高程456.9m;尾水水位:高程430.2m;水頭:26m。(2)#2機組定導(dǎo)葉工況試驗時機組運行的部分參數(shù)及試驗數(shù)據(jù)見表1。4協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化后機組各導(dǎo)擺度對比情況(1)對試驗數(shù)據(jù)進行分析后得出火谷水電站#2機組在26m水頭下機組的最優(yōu)協(xié)聯(lián)曲線。優(yōu)化后的曲線規(guī)律與原協(xié)聯(lián)曲線的規(guī)律基本一致:對同一導(dǎo)葉開度進行了比較,優(yōu)化后的槳葉開度比原槳葉開度平均增加了約3%~7%。其協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化前后對比情況見圖1。(2)協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化后,在負荷段(導(dǎo)葉開度56%~80%)對機組的振動擺度有一定的改善作用,尤其是機組上導(dǎo)擺度有所減小;其余負荷段對振動擺度沒有明顯影響。優(yōu)化協(xié)聯(lián)曲線前后機組各導(dǎo)軸承擺度對比情況見圖2。(3)協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化后,機組出力在不同導(dǎo)葉開度下均明顯得到了提高。在26m水頭下、導(dǎo)葉開度為86%時,優(yōu)化前后的出力分別為17.8MW和18.8MW;導(dǎo)葉開度為92%時,優(yōu)化前后的出力分別為19.8MW和20.1MW;導(dǎo)葉開度為95%時,優(yōu)化前后的出力分別為20MW和21MW。協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化后,機組出力均能滿足設(shè)計要求。優(yōu)化協(xié)聯(lián)曲線前后機組有功出力對比情況見圖3。(4)協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化后,水輪機的發(fā)電效率明顯得到了提高。根據(jù)計算數(shù)據(jù)得出發(fā)電效率平均提高4.73%。在26m水頭下優(yōu)化協(xié)聯(lián)曲線前后機組發(fā)電效率提高情況見表2。(5)按照上述相同的方法,進行了#2機組在常用水頭(25m、26m、27m)下的完整性水頭試驗,最終得出#2機組調(diào)速器在常用水頭25m、26m、27m下的最優(yōu)協(xié)聯(lián)曲線,具體情況見表3。(6)#1機組參照#2機組按相同的試驗方案進行了協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化,得出與#2機組基本一致的結(jié)果,在此不再詳細描述與分析。5試驗結(jié)論和建議5.1機組運行穩(wěn)定性(1)協(xié)聯(lián)曲線的優(yōu)化在負荷段(導(dǎo)葉開度56%~80%)對機組的運行穩(wěn)定性有一定的改善,對于其余負荷段的機組運行穩(wěn)定性沒有明顯影響。(2)協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化明顯提高了機組的出力及發(fā)電效率。5.2提出建議(2)盡可能避開機組在振動區(qū)運行(火谷水電站機組振動區(qū)為0~7MW)。6從機組運行效率看(1)處理后的機組在非振動區(qū)運行時,上導(dǎo)擺度仍有約300μm左右。對此,我廠利用年底計劃A修的機會,對#2機組的軸線、各導(dǎo)瓦間隙進行了詳細檢查和調(diào)整(通過2013年年底#2機組A修,對#2機組的軸線、各導(dǎo)瓦間隙進行了檢查和盤車調(diào)整,現(xiàn)振動和擺度值均在規(guī)程允許值范圍之內(nèi))。火谷水電站2臺機組通過協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化,明顯地提高了機組的發(fā)電效率,不僅滿足了機組額定出力要求,而且還改善了機組的運行穩(wěn)定性。由此可見:采取協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化的