三峡水电厂21号水轮机稳定性试验

论文摘要

三峡水电站作为全世界装机容量最大的水力发电站,安装了32台单机容量为700MW的巨型水电水轮机,年发电量约为1000亿度,为我国建设和经济发展做出了巨大的贡献。三峡水轮机的稳定运行一直是人们关注的焦点。三峡水电水轮机结构尺寸巨大,相对刚度较低,长期在偏离最优工况区运行,水轮机安全、稳定运行受到极大考验。因此,三峡21号水轮机稳定性试验对全面掌握水轮机在不同水位下的工况特性、划分水轮机稳定运行区有非常重大的意义。水轮机稳定性问题是一个十分复杂的综合性问题,它涉及水力、机械、电气等诸多因素。水轮机稳定性问题的评估办法通常用振动、摆度和水压脉动这三个指标来衡量。本论文首先介绍了传感器的组成和工作原理,阐明了传感器信号的频域分析原理,针对试验需要选取了振动、摆度、水压等传感器,并对传感器进行了率定。然后对试验数据进行了分析处理,用示波图、幅值变化趋势图、频谱图等方法分析了各路信号的频谱组成情况和幅值变化规律,重点分析了设计水位174.8m下水轮机设备设施的运行特性。最后绘制了171.5~174.8m水位下水轮机稳定运行区图,为实现水轮机的经济、稳定运行提供了参考依据。根据信号幅值的大小和信号频谱组成特点,三峡21号水轮机在设计水位174.8m下运行区域大致可以分为小负荷区,涡带工况区和大负荷区。小负荷区的范围在0~350MW之间,尾水管水压和轴的摆度信号出现峰值,其中尾水管水压脉动等信号的幅值为全负荷区间的最大值,尾水管水压频率成分较多,除低频频率外还存在160Hz左右的高频率成分。涡带工矿区的范围为350~630MW。水导摆度在515MW,上导和下导摆度在495MW达到全负荷区的最大值,其主频为涡带频率0.30Hz。在涡带工况区的578MW,水压信号、水轮机垂直振动出现一个明显的峰值,且振动幅值为涡带工况区和大负荷区间的最大值,其频率均约为1.87Hz。大负荷区的范围为650~756MW。大负荷区21号水轮机运行稳定性较好,尾水管水压、轴摆度和机架振动信号的幅值为全负荷区间的较小值且波动较小。此外,强迫补气试验表明,强迫补气对减小在小负荷区和涡带工况区的多数信号峰值有一定效果。本文研究结果表明,三峡水电厂大坝和机电设备设施在设计水位下运行状态良好,满足了工程设计与有关合同的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 论文研究背景
• 1.2 水轮机运行稳定性综述
• 1.3 论文研究意义
• 1.4 论文的结构和成果
• 2. 水轮机稳定性试验测试与评估
• 2.1 水轮机稳定性评估
• 2.2 传感器的特性与选用
• 2.3 信号的分析处理
• 3. 21 号水轮机稳定性试验
• 3.1 概述
• 3.2 试验方案
• 3.3 174.8m 水轮机运行稳定性分析
• 3.4 21 号水轮机运行区域划分
• 3.5 本章小结
• 4. 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 致谢
• 参考文献