向家坝水电站7、8号机水力监测指标的选择

向家坝水电站7、8号机水力监测指标的选择

家水库电视大学右岸水电站安装了4台80万元的水轮发电装置，由天津亚斯通提供。左岸水电站安装了4台80万元的水轮发电装置，由黑龙江省电气厂有限公司指定。机组的设计、制造、安装技术居于世界领先水平。该水电站主体工程于2006年11月26日开工，经过6年的拼搏，2012年11月首批机组成功投产发电。向家坝水电站巨型水轮发电机组的特点是高容量、高效率和高可靠性。运行稳定性主要表现为：(1)在各种运行工况下（开停机、低速、空转、过速、空载、甩负荷、低负荷、高负荷、过负荷、低电压、高电压等），水轮发电机组的水力、机械、电气性能均能可靠、稳定地工作；(2)水轮发电机组各部件的振动、摆度、温度（上导、下导、水导瓦温，定子铁芯和绕组的温升、温差）均能稳定在设计允许的范围内；(3)计算机监控系统能够充分发挥监控作用，各种自动化元件能正确、稳定地指示并迅速传递各种运行信息，各种继电保护装置能及时、准确地处理各种事故和突发事件。1回采防速及安装高程向家坝水电站首批投产发电的是7、8号机组。该水轮机型号为HLFN-LJ-930，转轮直径10520mm，最大水头114.2m、额定水头100m、最小水头86.1m，额定流量893m3/s，额定功率812MW，飞逸转速134r/min，比转速203.54m·kW，吸出高度-13m，安装高程255.00m，旋转方向为俯视顺时针。该发电机型号为SF800-84/19990，最大容量888.9MVA，额定功率800MW，额定电压23kV，额定电流22313A，功率因数0.9，绝缘等级F级，额定转速71.4r/min，飞逸转速134r/min，推力负荷5350t，转动惯量507502t·m2。2试验结果与分析首批机组相继首次启动，进行机组分阶段升速、轴承温升、变转速振摆、机组过速、升流和升压试验等。主要是验证机组的机械和电气性能，机组轴线是否良好（上导、下导、水导部位的轴摆度振动值），上、下机架、定子铁芯、顶盖的水平和垂直振动是否在设计允许范围内，各部瓦温、温差是否稳定等。如出现不稳定或异常现象，必须在空载试验结束后分析原因、调整和处理。轴承温升试验结果见表1。从表1可知：(1)实测2台机各部瓦温最高值均远小于设计允许值（设计允许值：上导<75℃、下导<70℃、推力<85℃、水导<70℃）；(2)上、下导瓦各瓦瓦温温差小于3℃，说明各瓦间隙调整合理、受力均匀；(3)推力瓦温差3.4～3.6℃，可以进一步调整受力，使其温差小于3℃；(4)水导瓦温差达5.7～6.5℃，与各瓦受力不匀和空载工况下尾水管压力脉动大有关，对温度高的瓦间隙可适当调整大些。机组变转速振摆试验结果见表2。从表2可知，随着转速的上升，摆度、振动均有明显上升趋势，但其最大值均在允许范围内；上机架水平振动最大值在0.06～0.08mm内，机组可不进行动平衡。机组过速试验结果见表3。从表3可知，各机组过速到最高转速时，其转速上升值符合设需求，过速后机组检查无异常。检查定子铁芯螺杆绝缘，绝缘值全部大于200MΩ。经检查发现，铜环引线支撑与软连接绝缘盒的安全距离不够，需要进行调整。使用1000V摇表检查转子绝缘：15“/160MΩ、60”/250MΩ。定子直流耐压60kV、交流耐压47kV通过。相继进行的发电机升流试验结果表明：(1)额定短路电流时，励磁电流为1866A，励磁电压为200.1V，轴电压为1.90V。从1.1倍发电机额定电流起，每隔10%电流，记录下降的发电机短路特性，满足额定电流的不平衡率小于0.5%的设计要求。(2)升流时，随着电流的上升，各部摆度、振动略有上升或减少的趋势，但均在允许的范围内。(3)升压对机组机架、大轴振动、摆度无明显影响。但8号发电机在升压中出现汇流环绝缘盒发热烧损故障，进行了专题研究处理。3转速、蜗壳水压变化规律机组甩负荷试验结果表明，甩负荷对机组机架、大轴振动、摆度有明显影响，但由于时间短，事后检查机组各转动部件未发现损坏现象；转速及蜗壳水压上升值均在允许范围内。以7号机组典型试验数据进行分析。3.1负荷摆度结果负荷0～570MW变化时，各部位摆度变化情况见图1。从图1可以看出，上导摆度最大203μm（空载），负荷360MW以后摆度均小于120μm。下导摆度最大250μm（负荷140MW），负荷400MW以后摆度均小于120μm。水导摆度最大250μm（负荷120MW），负荷280MW以后摆度均小于120μm。根据各部运行摆度≤75%轴承总间隙的要求，各部摆度均符合要求。3.2织物上运行稳定区的比较负荷0～570MW变化时，各部位振动变化情况见图2。从图2可以看出，上机架水平振动最大59μm（负荷120MW），负荷240MW以后振动均小于26μm，稳定性好。下机架垂直振动最大72μm（负荷160MW），负荷260MW以后均小于33μm，这与顶盖垂直振动规律相似。下机架水平振动均小于20μm，稳定性非常好。顶盖垂直振动最大239μm（负荷160MW），负荷260MW以后均小于92μm，这与转轮流道不稳定流和尾水管内涡流振动有直接关系，由此可以判断出水轮机运行稳定区，即水轮机运行稳定区在260～570MW及以上负荷。顶盖水平振动最大132μm（负荷60MW),220MW以后水平振动均小于72μm。定子机座水平振动最大68μm，最小50μm，垂直振动2～3μm，稳定性好。4号机振动特点实验表明，高负荷运行各部振动值均远小于设计允许值。定子水平振动7号机最大为62μm,8号机最大为215μm,5号机最大为126μm,6号机最大为136μm，可能与定转子空气间隙调整圆度有关，即磁力存在不同程度的不平衡。7号机定子水平振动比较理想，8号机偏大些。高负荷时推力、下导、上导、水导瓦温均小于设计允许值。其中，水导瓦温温差略大，可能受水力、机械、电磁力干扰因素多有关，但仍能稳定运行；定子铁芯温升、温差均好；绕组温差略大些，因其所处的工作环境严酷，但仍能保证其稳定运行。5发电机振动、摆度(1）向家坝水电站水轮机采用了最新水力设计，无空化运行区扩大，实现较大范围的高效率、无空化运行。试验证明，水轮机运行稳定区在260～732MW及以上负荷，运行稳定区宽。(2）机组在570～600MW负荷运行时甩负荷最大转速上升率为32.4%～36.6%（设计要求<55%），蜗壳最大水压上升率为24%～39%（相当于20.6～38.7m水柱，设计要求<158m水柱），实测转速和水压上升率均远小于设计值。(3）高负荷运行时，定子线棒、铁芯温度及温差可以与三峡工程全空冷、半水冷机组相媲美，这说明向家坝水电站巨型全空冷发电机结构性能尤佳，发电机通风系统设计技术处于领先水平。(4）高负荷运行时，推力、上、下导轴承瓦温远低于设计允许值，说明发电机各道轴承性能优良，特别是发电机核心部件推力轴承性能尤佳。(5）高负荷运行时，顶盖垂直振动0.076～0.095mm、水平振动0.049～0.053mm；定子机座水平振动7号机0.055～0.062mm（该机空载与带负荷水平振动接近）；下机架水平振动0.008～0.011mm、垂直振动0.010mm；上机架水平振动0.015～0.026mm、垂直振动0.02～0.041mm；上导摆度0.084～0.142mm；下导摆度0.075～0.