抽水蓄能电站水轮机噪声测试分析案例

姜明利，孙铭君

（中国水利水电科学研究院，北京100048）

1 前言

与常规水轮发电机组相同，蓄能机组也存在机械、电磁和流体振动以及噪声等问题，不同的是，抽水蓄能电站具有发电、抽水两种运行工况，且具有机组水头高、容量大，转速快、工况转换频繁、运行区域跨度大、水力动态特性复杂等特点，致使蓄能电站的机组和厂房振动不稳定性、噪声较大等现象比较突出。工作人员长期在高强度噪声的环境下工作，会产生身体的不适，影响身体健康，进而对正常的工作和生活产生不良影响。

本次试验电站为某大型抽水蓄能电站，总装机1 200 MW，4 台混流可逆式水泵水轮发电电动机组，单机容量为300 MW，机组由我国自主研究、设计、制造、安装。机组投运后，厂房内和引水管道周边环境存在较为明显的噪声问题，影响到电站的安全稳定运行，也影响到周边居民的生活。

通过测试，对电站厂房内部分区域噪声进行分析，对噪声特性和特点进行了解，为电站机组的噪声分析提供数据依据。

2 电站主要参数

电站水轮机工况设计额定水头430 m，额定转速428.6 r/min，额定出力300 MW；水泵工况最高扬程475 m，最低扬程421 m，最大入力321.09 MW，额定转速428.6 r/min。水轮机的活动导叶数20 片，转轮叶片数9 片。机组转频为7.14 Hz，2 倍叶片过流频率为128.58 Hz。

3 试验测点布置

厂房内噪声测试布置如下：一个测点布置在水轮机进人门处，另一个测点布置在尾水管进人门处，两个测点传感器距离进人门1 m，地面以上1 m。

噪声传感器采用AWA14423 声级计，准确度等级为1 级，配合AWA14604 前置放大器。对各试验工况噪声声压进行采集，并通过计算得到A 计权声压级，噪声测量采样频率为2 000 Hz。

图1 噪声传感器布置图

4 试验数据分析

噪声试验工况为：机组变负荷各工况（160 MW、180 MW、210 MW、240 MW、270 MW、300 MW）和 机组抽水工况。

每个工况测量记录声压（Pa）测量结果，通过计算RMS 值，得到声压有效值，由公式Lp=20 lg（p/p0）计算出声压级，加权得到初始A 计权声压级dB（A）。

试验机组为2 号机组，1 号机组处于停机检修状态。试验时，2、3、4 号机组处于发电状态，其中3、4 号机组带额定300 MW 负荷运行。

表1 2 号水轮机噪声试验数据表格

试验期间，机组全部停机噪音作为背景噪音，变负荷发电工况运行期间，3 号和4 号机组处于带300 MW 负荷发电状态；抽水工况，2 号、3 号、4 号机组带额定300 MW 负荷抽水状态。根据IEC 规程的相关规定，需对A 计权声压级噪声试验结果进行修正。

依照IEC 61063：1991 标准，A 声级噪声修订规定如表2。

表2 修正值规定表

结合现场实测背景噪声数据，对实测A 计权声压级数据进行修正，结果见表3、表4。

表3 测量噪音与背景噪音的差值

表4 修正后的噪音数据表格

试验结果显示：①机组在发电工况水轮机进人门处的噪声为：95.89～101.74 dB（A），尾水管进人门处的噪声90.70～94.29 dB（A）。抽水工况，水轮机进人门处的噪声为90.08 dB（A），尾水管进人门处的噪声89.03 dB（A）。②机组在300 MW 满负荷工况，两个测点的噪声明显增大。③满负荷发电工况两个测点的噪声比满负荷抽水工况的噪声大。

噪声频谱分析可以看出，各个试验工况（不同负荷发电工况和抽水工况）噪声的主要频率是128.6 Hz 左右，为机组转轮叶片通流频率的2 倍（电站机组转速为428.6 r/min，机组转频为7.14 Hz，转轮叶片数为9 个，转轮叶片通流频率是64.26 Hz）。

停机状态，2 个测点频谱图中没有发现128.5 Hz频率成分，停机状态主要的噪音来源为：通风系统的噪声，各种水泵设备、空压机系统、技术供排水系统等运行中产生的噪声。再者，抽水蓄能电站，存在大量未固定的器件，机组运行时，这些未固定器件与地面或器件相互之间发生碰撞，从而成为厂房内噪声生源之一。

本次试验过程中，同时进行了以下试验测试：①机组三导摆度；②上机架、下机架及水轮机顶盖振动；③蜗壳进口、无叶区、顶盖下等测点的压力脉动。各测点的主要频率见表5。

从表5、表6 中可以看出：①水轮机顶盖振动的主频是128.6 Hz，上机架垂直振动主频、下机架3 个方向的振动主频都是128.6 Hz。②蜗壳进口压力脉动主频是128.6 Hz，无叶区压力脉动的主要频率是64.3 Hz、128.6 Hz 以及7.1 Hz。

这几个测点的主频都是128.6 Hz，为机组水轮机转轮叶片通流频率的2 倍。

图4 部分工况测点噪声频谱图

表5 水导及压力脉动测点负荷工况下各测点主频 单位：Hz

表6 上机架、下机架负荷工况下测点主频 单位：Hz

5 结论

机组的上机架、下机架、顶盖振动和压力脉动的主频主要成分为128.6 Hz，是水轮机转轮叶片通流频率的2 倍，该频率的形成是机组水轮机转轮运行中动静干涉的结果。机组运行过程中的噪声测试，两个测点的噪声频率主要成分为128.6 Hz，与机组的振动和压力脉动的主频相同，说明电站厂房内该频率成分的噪声产生主要是由水力因素引起的，是厂房噪声产生的主要来源。

另外，抽水蓄能电站通风系统，空压机系统，技术供排水系统等运行中产生的噪声，也是厂房噪声的来源之一。

抽水蓄能电站厂房内噪声现象是普遍存在的，如何有效地降低厂房内噪声，是电站亟需解决的问题。