江垭水电站水力发电机组振动区分析

梁 浩

（湖南澧水流域水利水电开发有限责任公司 长沙市 410014）

1 电站概况

江垭水库位于湖南张家界市慈利县境内的澧水一级支流溇水中游，下距慈利县城57 km，是澧水流域兴建的第一个防洪骨干工程。 水库以防洪为主，兼有发电、灌溉、供水、航运、旅游等综合利用。 电站装有3 台100 MW 的混流式水轮发电机组，设计水头80 m，最大水头为109.5 m，年发电量7.56 亿kW·h。1999年5月、6月、12月电站1#、2#、3#机组相继投产发电，2003年1月水库通过国家竣工验收。 作为湖南电网湘西北的主要电源点，电站主要起到调频、调峰和事故备用的作用。

2 机组技术参数及运行状况

2.1 技术参数（表1）

表1 技术参数

2.2 依据国家和行业相关规程规范以及厂家设计标准，机组各测点允许值见表2。

表2 机组各测点允许值

2.3 机组运行状况

江垭水电站自1999年12月份机组全部投产发电以来，机组在湖南省电网中主要承担调峰调频任务，长时间处于低负荷运行，机组运行状况不佳。 特别是自2003年3月份以来，由于机组AGC 调节性能相对良好，因此AGC 长期投入运行，负荷调节相当频繁，更是严重影响到机组稳定运行。

具体表现为：水轮机转轮叶片多处出现裂纹，上冠及下环出现严重蜂窝状汽蚀孔，转轮配重部位盖板磨损；振动摆度异常(振动最剧烈时，上导摆度在0.4 mm 以上，下导摆度在0.9 mm 以上，上机架水平振动在0.17 mm 以上)；上机架千斤顶的地脚螺栓开始出现断裂现象；导轴承抗磨块出现了凹槽；尾水管肘管与混凝土结合处部分钢板剥落。

虽然AGC 在投入运行时，电站已经考虑了设立禁止运行区，以避开机组在小开度、低负荷工况下运行，但此区间设置只是根据机组在线检测系统运行情况和多年运行经验进行的理论推断，并未进行专门的试验作为参考，因此并不能准确和完全反应机组振动区间范围。

3 试验分析

为掌握江垭机组在不同水头下的运行稳定性及振动变化趋势，准确找出振动区，指导机组安全稳定运行，我们对江垭水电站3＃机组进行了（71～107）m之间7个水头下的稳定性试验。

3.1 试验结果

我们对机组振动摆度和蜗壳、尾水管水压脉动情况的试验结果进行了归纳汇总：

（1）71 m 水头下，机组负荷在空载时上导、下导摆度和顶盖垂直振动均超标，在（0～8）MW 负荷区间下导摆度和顶盖垂直振动均超标，在（0～56）MW负荷区间下导摆度超标。 尾水管水压脉动比虽未超过允许值，但在16 MW 时达到10.47，56 MW 时达到9.38，略微偏大。

（2）75 m 水头下，机组下导摆度在全负荷范围内都超标，在（0～60）MW 区间上导摆度超标。

（3）83 m 水头下，机组负荷在（0～60）MW 区间下导摆度超标。

（4）87 m 水头下，机组负荷在空载时上导、下导摆度和顶盖振动均超标，在（0～11）MW 负荷区间顶盖水平振动超标，在（0～70.2）MW 负荷区间下导摆度超标。

（5）91 m和107 m 水头下，机组上导和下导摆度在全负荷范围内都超标。

（6）97 m 水头下，机组下导摆度在全负荷范围内都超标，在（0～80）MW 区间上导摆度超标。尾水管水压脉动在30 MW 时达到10.44。

3.2 数据分析

根据江垭水电站3#机组各水头下的稳定性试验测试结果数据，我们可以看出，在中低部分负荷下，该机组上、下导摆度严重超标，且尾水管水压脉动偏大并有超标现象，下导摆度随水头的增加有加剧趋势。 根据规程允许范围和机组运行实际情况，将机组多个部位出现超标的负荷区划分为振动区。 机组各水头下的“振动区”和“稳定运行区”划分结果如附图。

附图 机组各水头下的 “振动区”和“稳定运行区”划分结果

4 机组运行建议

鉴于江垭水电站其他两台机组与3#机型号相同、运行条件和方式相同，为确保机组安全稳定运行，建议在湖南电网调度许可的情况下，根据3#机稳定性试验结论，在机组运行时，根据不同的水头，对全厂和单机AGC 中设置的振动区参数进行相应调整，优化机组运行方式，使机组多在稳定高效区运行，尽可能避开振动区域，减小机组的振动摆度，避免在超标工况下运行对机组各部件造成损坏。

同时，在日常运行中充分利用机组在线监测系统，严密观察机组振动摆度变化趋势，如有异常增大，应立即停机检修。