白山蓄能电站水轮机压力脉动结果分析

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1、白山电站抽水蓄能机组水泵工况的压力脉动分析赵英男赵越郭全宝（哈尔滨大电机研究所哈尔滨150040）[摘要]本文结合抽水蓄能机组水泵工况的特性，对白山机组水泵工况的过渡过程及稳定抽水工况的压力脉动性能进行分析。[关键词]抽水蓄能机组水泵工况压力脉动1前言抽水蓄能电站与常规水电站相比,能很有效地应付电网负荷的变化，在电力系统中,具有调峰、填谷和事故备用等多种功能，具备机组启停频繁、调节灵活等优点。由于抽水蓄能机组的特点，影响机组运行稳定性的压力脉动等特性成为最初设计和机组运行时需要重点考察的指标。一般来说，水泵水轮机的压力脉动可能造成对过流部件的瞬时超值载荷形成过

2、大机械应力和在机组构件上形成交变应力，造成机组某些部件的疲劳破坏。另外，如果压力脉动频率与机组构件的固有频率相重合，可能引起机械构件的共振，影响机组的稳定运行。近年来，我国抽水蓄能机组得到了很大的发展，但是对抽水蓄能机组特别是抽水工况的压力脉动特性的了解不够，所以在白山抽水蓄能电站的机组上进行了抽水工况下的压力脉动试验，以了解抽水工况的压力脉动特性，为机组的设计和稳定性运行提供技术数据上的参考和判断。2电站及机组参数.白山抽水蓄能泵站位于白山电站二期工程的上游侧，为地下式厂房。利用白山水库为上库，已建的红石水库为下库，共安装2台立轴可逆式机组，主要功能是抽水，

3、兼具发电功能。白山电站抽水蓄能机组部分参数如下。表1白山电站抽水蓄能机组参数水头和扬程水轮机工况最大水头123．9m最小水头105.8m额定水头113m水泵工况最大动扬程130．4m最小动扬程108．2m额定动扬程126.7m水泵水轮机型号HLN849-LJ-522转轮直径D15226.5mm额定转速200r/min叶片数7个水轮机工况旋转方向俯视顺时针水轮机额定出力139MW3试验测点的确定在试验前，根据电站的测压管路图，确定了抽水蓄能机组压力脉动测量位置，在转轮与导叶间测压点和尾水管测压点分别安装了一只压力脉动传感器来测量两处的压力脉动。另外，在蜗壳进口和

4、尾水管出口安装压力传感器，根据测量值计算机组水泵工况的扬程。转轮与导叶间和尾水管是水泵水轮机的两个关键位置，在水泵工况下，转轮出口水流与导叶、固定导叶之间撞击会产生较大的压力脉动，尾水管中复杂的、特殊的流态也是产生压力脉动的主要原因。4试验结果分析白山机组为立轴混流式水泵水轮机，水泵工况采用压水起动操作方式，用压缩空气将转轮室的水位压下，使转轮在空气中旋转，以降低起动转矩，这样来防止机组启动电流过大，同时使用电气方法起动机组作电动机运行。在此次试验中，对7号机的水泵启动至抽水工况进行了全程连续的采集，每一个文件采集10秒，共计16.5分钟。其中注气压水启动约为

5、90秒，排气充水、造压过程约为30秒，开导叶至抽水工况约为100秒。对每一个文件的压力脉动进行计算，将压力脉动绝对值换算为米水头，为纵坐标，时间为横坐标画图分析。下图为水泵启动至抽水工况过程中，两个压力脉动测点的压力脉动绝对值。转轮与导叶间压力脉动绝对值7.0006.000①②③④⑤5.000O)24.000(mH3.0002.0001.0000.00001002003004005006007008009001000(s)图1转轮与导叶间压力脉动绝对值尾水管压力脉动绝对值2.5002.000①②③④⑤1.500O)2(mH1.0000.5000.0000200

6、4006008001000(s)图2尾水管压力脉动绝对值在两个图中①部分，机组处于20%额定转速，在此阶段机组两处测点的压力脉动平稳。此时进行各电压回路和电流回路的检查，选择此转速是因为如发生电气短路事故，对设备不会造成较大的危害。在20%额定转速下检查无异常情况下，才可逐渐升转速至额定转速。在图中②部分，机组进行注气压水起动，将尾水管的水面压至转轮以下，转轮在空气中旋转加速。进行注气压水起动的初始，转轮与导叶间的压力脉动有很大的阶跃。并且在注气压水起动的过程中，转轮与导叶间的压力脉动仍有较大的波动。并且，由于仍有少量的水通过导叶漏入转轮室，对转轮与导叶间的压

7、力脉动会造成少量的影响。尾水管的压力脉动测点处于尾水管处的肘管位置，始终位于水中，从结果看尾水的压力脉动保持平稳的状态。在③中，随着转轮室的压缩空气排出，尾水管内水面逐渐上升。从图中看出，在短暂时间内，随着空气的排除，转轮与导叶间的绝对压力脉动呈现逐步下降的趋势，尾水管内的绝对压力脉动比较平稳。在造压的工况中，转轮室内的空气基本排尽，转轮内的水流突然连成一体，机组在瞬间达到了关闭扬程，由于导叶是关闭的，在尾水管内形成了强烈的回流，这一过程很剧烈和迅速。图中④可以看出，绝对压力脉动值突然有很大的阶跃，并且在此过程中处于较大波动的状态。顶盖与转轮间的绝对压力脉动在

8、水流瞬间完全充满转轮室后也存在一个阶跃