甲米河二级水电站水轮发电机组运行稳定性浅析

张世忠

(四川盐源甲米河水电开发有限公司，四川盐源，615700)

1 电站水库运行方式和机组特点

甲米河二级水电站水库正常蓄水位2054.4m，死水位2053.4m，死库容130.8万 m3，调节库容26.3万m3。电站额定水头61.5m，发电引用流量45.8m3/s。电站在枯水期(12月至翌年4月)、平水期(5月、11月)和汛期(6月至10月)，库水位均在2053.4m～2054.4m范围内运行，即库水位仅在1m范围内变化，对混流式水轮机稳定运行十分有利。

该电站丰水年(P=10%)月最小平均流量6.56m3/s，月最大平均流量309m3/s，比值为1∶47.10;平水年(P=50%)月最小平均流量4.54m3/s，月最大平均流量168m3/s，比值为1∶37;枯水年(P=90%)月最小平均流量3.53m3/s，月最大平均流量95.6m3/s，比值为1∶27.08。即丰水年月平均流量相差47倍，平水年月平均流量相差37倍，枯水年月平均流量相差27倍。而30年一遇洪水流量为1660m3/s，200年一遇洪水流量为2140m3/s。

水库设计洪水水位2049.78m，校核洪水水位2054.39m，均低于库区正常水位(2054.4m)。

该水库运行难度大，其运行水位需要依赖上游一级电站水库运行情况来及时进行调整，所以甲米河两级电站联合调度是必要的。

甲米河二级电站采用三台混流式水轮机组，水轮机型号为HLD294A－LJ－140，能保证在最低水头59.9m和最高水头69.4m，出力在45% ～100%范围内，以额定转速428.6r/min稳定运行。机组最大转速上升率不超过60%，蜗壳最大压力上升率不超过1.0MPa，吸出高度－2.47m。

2 机组现场安装

该电站机电设备安装由水电六局承包，湖南水电建设监理公司负责监理。安装依据是GB/T8564－2003水轮发电机组安装技术规范和ATS－17中小型立式水轮发电机安装规程(东风电机厂)。

2.1 安装与调试

2.1.1 导水机构

根据GB/T8564－2003水轮发电机组安装技术规范(5.3e)底环、顶盖调整后，对称拧紧安装螺栓，数量一般不少于50%，并应符合表1～表3要求。

存在问题:底环无排水管道，在导叶下轴颈渗漏水增大时，导叶上浮与顶盖抗磨板摩擦，将延缓关机时间，对机组不利。

解决思路:在机组A修时，增加底环排水管，将底环渗漏水排至渗漏集水井。

2.1.2 下机架及定子汞

下机架及定子汞基础出现裂缝，原因是二期预留坑偏小和水泥夯实不到位，存在汞基础不牢固，会造成机组振动和摆度大。

处理方法:定子和下机架基础打孔灌浆，并在实施过程进行旁站监理。

2.1.3 定子

定子现场安装严格按标准和规范进行，具体尺寸详见表1。

表1 甲米河二级水电站3#水轮发电机定子高程记录单位:mm

2.1.4 机组盘车

经过多次的盘车，处理推力头处的绝缘垫，使数据符合规范要求(见图1和图2)。

图1 甲米河二级电站3#机组轴线测定折线(Y表)

图2 甲米河二级电站3#机组轴线测定折线(X表)

2.2 机组试运行与稳定性试验

2.2.1 根据厂家技术要求，整理出甲米河二级电站水轮发电机组轴承间隙，其下导轴承间隙不合理，将导致运行时振动和摆度大(见表2)。

表2 甲米河二级电站水轮发电机组轴承间隙(厂家蓝图) 单位:mm

问题:下导轴承间隙设计不全理——呈大肚型。从表2知上导轴承和水导轴承的总间隙均为0.20mm～0.30mm，而下导轴承的总间隙为0.30mm～0.40mm，是典型大肚型，会造成上导轴承和水导轴承受径向力偏大，而下导轴承受径向力偏小，水导轴承烧瓦的机率就会增加大。

处理方法:经过查阅相关资料和计算，其理由见表3。

表3 甲米河二级电站水轮发电机组示意图相关尺寸说明 单位:mm

根据GB/T15468水轮机基本技术条件和GB/T11348.5旋转机械转轴径向振动的测量和评定，第5部分:水力发电厂和泵站机组，附录A图A.2水力机器或机组转轴相对振动位移峰－峰值推荐评价区域。

GB/T水轮机基本技术条件154685.5.3在正常运行情况下，主轴相对振动(摆度)应不大于GB/T11348.5—2006图A.2中所规定的B区上限线，得振动位移SP－P≤0.24mm，且不超过轴承间隙的75%，得(0.20mm～0.30mm)×75%≤0.225mm。

由以上两条可得，甲米河二级水电站上导轴承、下导轴承和水导轴承的摆度≤0.225mm。

2.2.2 3#盘车数据出来，通过整理分析，并多次与厂家现场代表和主设人员沟通，厂家主设人员重新核算，重新制定了甲米河二级水电站机组轴承间隙值:上导轴承、下导轴承和水导轴承单边瓦隙控制为0.1mm～1.15mm，为了避免水导瓦温高，水导单边瓦隙放大到0.13mm。

2.2.3 四川中鼎公司分别于2013年7月13日、7月14日和7月17日，对甲米河二级水电站三台水轮发电机组做了动平衡试验，三台机组均未配重，都符合相关规范要求(详见图3和图4)。

图3 甲米河二级电站3#机组摆度变化折线

图4 甲米河二级电站3#机组振动变化折线

2.2.4 机组甩负荷试验数据分析

存在问题:3#机组甩100%负荷时，机组过速(140%)停机(即转速上升率过高)。其分析详见图5和图6。

解决思路:因3#机组甩满负荷时转速上升率19.40%，而国标可达45.00%之间有25%上升空间(1#机组甩满负荷时转速上升率26.15%，而国标可达45.00%之间有18%上升空间、2#机组甩满负荷时转速上升率27.27%，而国标可达45.00%之间有17%上升空间)，将机组导叶关闭时间从现在的10.2s适当调短(根据调保计算)，这样可避免带100%负荷时，出现机组甩停的现象，并减小机组轴承的磨损。

图5 3#机组甩负荷试验机组转速上升率与蜗壳水压上升率关系

图6 3#机组甩负荷试验机组频率与导叶关系

2.2.5 机组72h试运行

由于前期控制，三台机在11月08日17∶05至11月14日18∶06相继完成72h带负荷试运行，均一次试运行成功。

3 结语

3.1 机组固定部分安装严格按规范进行监控。如，要求进行下机架及定子基础打孔灌浆处理并得到落实。

3.2 机组转动部分做好盘车工作，作好每一次盘车数据的分析。如3#机盘车达10d共获6次数据，进行整理和分析，并认真研磨绝缘垫和调整轴瓦，直至合格。

3.3 重新设定机组下导轴承间隙

根据GB/T154685.5.3，在正常运行情况下，主轴相对振动(摆度)应不大于GB/T11348.5－2006图A.2中所规定的B区上限线，且不超过轴承间隙的75%。与制造厂主设人员进行多次沟通协商，将下导轴承总间隙从0.30mm～0.40mm变为0.20mm～0.30mm;水导轴承总间隙从0.20mm～0.30mm变为0.26mm～0.30mm。

3.4 三台机组一次启动成功

经中鼎公司动平衡试验，三台机组均未配重，顺利通过了空载、升速等试验，并符合国家规范要求。

3.5 存在问题和解决思路

底环无排水管道。建议在机组A修时，增加底环排水管，将底环渗漏水排至渗漏集水井。

机组甩100%负荷时停机。建议根据调保计算，将机组导叶关闭时间从现在的10.2s适当调短，可避免甩带负荷时出现停机现象，并减小机组轴承磨损。

〔1〕商 舸，王 冰，黄奋杰．长江三峡水电站水轮发电机组若干技术问题．现代水力发电机组工程应用和研究．北京:中国电力出版社，2007．