抽水蓄能电站厂房振动问题分析及经验

针对张河湾抽水蓄能电站存在的厂房振动问题,对发电工况和水泵工况下的厂房与机组振动和压力脉动信号进行了分析,确定了引起厂房振动问题的原因是由于无叶区动静干涉引发厂房局部共振所导致,提出并实施了转轮和导叶更换解决方案,转轮和导叶更换后无叶区压力脉动大幅减少,厂房振动控制在可接受的水平上。案例经验在国内乃至国外的抽水蓄能电站均为首次,可为类似抽水蓄能电站厂房振动问题提供参考,同时也对大型水泵水轮机的水力设计有着重要的借鉴作用。     

宽水头变幅抽水蓄能电站水泵水轮机水力选型设计

某混合式抽水蓄能电站由于利用已建成的上、下水库等特殊原因,导致水头变幅较常规抽水蓄能电站更大,从而给水泵水轮机的水力设计带来了较大困难。通过对其宽水头变幅的研究,分别采用了常规定速机模式、多转速组合的定速机模式和可变速机模式对水泵水轮机的水力设计方案进行详细研究和比较。结果表明,在混合式抽水蓄能电站中,这些不同模式下的水力设计方案存在各自的优劣之处。本研究成果可为类似电站或具有类似情况的工程项目提供重要借鉴和参考。     

某大型抽水蓄能电站水泵水轮机转轮强度及模态分析

抽水蓄能电站中由于机组工况转换频繁、正反转运行,因此对于水泵水轮机转轮结构强度及性能具有较常规机组更高的要求。本文以国内某大型抽水蓄能电站转轮为研究对象,建立了水轮机全流道三维模型,并基于ANSYS Workbench平台对不同工况下的水泵水轮机转轮进行了单向流固耦合计算,得到水轮机工况及水泵工况下转轮的静应力分布及分布情况,并展开两种运行工况下转轮的模态分析。计算结果表明：机组在相同水头的水轮机工况下运行时,随着导叶开度的增大,转轮的最大静应力及位移均呈现减小趋势;但水轮机工况与水泵工况下,叶片的最大静应力普遍发生于叶片外缘,可采取适当加厚、检查圆滑过渡等措施予以预防和避免应力集中。通过模态分析,发现转轮流固耦合第一阶振动固有频率与导叶出口的不均匀流脉动频率接近,需调整转轮固有频率以避免共振现象的发生。     

水泵水轮机“S”特性区的流动机理及研究进展

水泵水轮机作为抽水蓄能电站中实现能量转换的核心部件,也是抽水蓄能技术国产化过程中的关键。本文介绍了水泵水轮机近几十年国内外的研究发展现状,针对水泵水轮机由于结构的特殊性在"S"特性区内低水头运行时常发生机组并网困难或者在甩负荷过程中水压异常上升的问题,通过描述"S"特性区的形成机理并从形成机理、设计方法、研究方法和流道内部不稳定流动特性等方面入手分析了现有相关研究中存在的问题,总结了"S"特性区对抽水蓄能电站的不利影响及其相对成熟的预开导叶法,并且认为今后的研究重点为优化水力设计。     

某250 MW抽水蓄能机组异常低扬程水泵工况启动试验

某抽水蓄能电站上库无天然径流,为减少外接水泵向上库蓄水的投资并缩短基建工期,首台机组以水泵工况模式启动。对异常低扬程下机组首次水泵工况启动涉及到的关键安全技术问题进行梳理总结,优化修改水泵工况正常启动过程中的抽水造压控制流程。分析了机组抽水启动过程及抽水稳态工况下振动、摆度及水流压力脉动等稳定性指标试验数据,并研究了水流压力脉动和机组稳定性间的内在联系,可为后续类似抽水蓄能电站设计、调试提供借鉴。     

水泵水轮机低水头空载运行的压力脉动研究

针对水泵水轮机的S特性和压力脉动致使机组产生剧烈振动,从而破坏构件甚至引发事故的问题,以宝泉抽水蓄能电站#1水泵水轮机为例,采用CFD数值计算方法计算了6种工况下5个测点的压力脉动特征值,并将不同测点的压力脉动频域图与试验值进行了对比分析。结果表明,采用非同步导叶装置会使压力脉动增强,指出改变流道流态是解决压力脉动的关键,为当前机组的稳定运行提供了建议,也为压力脉动的深入研究提供了技术支持。     

机组振摆保护系统在某蓄能电站的应用

为提高抽水蓄能机组的运行安全,某蓄能电站在每台机组上配置了机组振摆保护系统。本文重点介绍了某蓄能电站机组振摆保护系统的配置、振动测量和评价标准、振动传感器的选型及振摆保护可靠性措施,可为其他抽水蓄能电站和常规水电站实施机组振摆保护提供借鉴作用。     

某抽水蓄能电站地下厂房模态与谐响应分析

为研究某抽水蓄能电站地下厂房自振特性及其在转动部件不平衡激力与流道动静干涉载荷作用下的振动特性,以5～8号机组所在地下厂房段下部结构作为研究对象,建立其模态与谐响应联合分析模型,得到地下厂房前18阶模态频率及其对应载荷下结构动力响应特性.结果表明:厂房整体结构前18阶模态频率相较于转轮转动频率、动静干涉频率及其二倍频有...     

福建周宁抽水蓄能电站水泵水轮机模型试验分析

本文介绍了福建周宁抽水蓄能电站水泵水轮机模型试验的过程,分析了模型试验的结果.试验结果表明,模型水泵水轮机的效率、流量、压力脉动等各参数均符合采购合同的规定,符合电站安全运行的要求.以模型试验的数据为基础,可计算出原型性能,为原型的设计及制造、安装及运行提供了可靠的依据.     

水泵水轮机模型全特性试验的关键技术改进措施

抽水蓄能电站水泵水轮机模型全特性试验结果关系到电站的过渡过程及运行稳定性,其不同于常规性能试验的诸多特性提高了对试验设备和方法的要求,同时“S”区、零流量、低单位转速等区域试验工况的不稳定亦给数据采集带来了很大困难。根据国内几座大型抽水蓄能电站项目的模型水泵水轮机全特性试验累积的经验,分析总结了水泵水轮机全特性试验的关键技术点,就试验过程中的不稳定区域提出了切实有效的试验方法,并取得了满意的试验结果,可为其他抽水蓄能电站的全特性试验研究提供参考。     

多工况下高水头水泵水轮机压力脉动特性分析

为研究多工况下高水头水泵水轮机内部的压力脉动特性,以某抽水蓄能电站水泵水轮机模型为例,采用SST湍流模型对非设计工况点下的水泵水轮机进行三维全流道非定常数值模拟,同时监测了固定导叶与活动导叶间、无叶区及尾水管处的压力脉动。结果表明,对于固定导叶与活动导叶之间的区域,水轮机工况下的压力脉动主频为叶片通过频率,而水泵工况下的最高扬程和最低扬程工况的主频分别为转频和叶片数通过的频率;对于无叶区,由于受到强烈的动静干涉效应,水轮机、水泵工况下的主频均为转轮叶片数通过频率,且脉动幅值较大;对于尾水管区域,直锥段处的频率分布规律与流量有关,水轮机小流量工况下,尾水管内主要为0.3倍转频的低频压力脉动,而水轮机大流量工况下,脉动频率主要以2.6倍转频为主。     

300 MW抽水蓄能电站振动监测及分析

抽水蓄能电站为电网削峰填谷的具有重要手段,监测抽水蓄能电站运行的状况和稳定运行区域具有重要意义。文中介绍了300 MW的抽水蓄能电站的振动监测装置,总结了存在振动异常的几种因素和故障频率的计算方法。结合300 MW抽水蓄能电站运行过程,通过振动分析软件TN8000,分析了机组振动故障,为机组检修和故障排查提供指导性意见,保障了机组设备安全稳定运行。     

抽水蓄能电站地下厂房结构振动反应分析

为分析抽水蓄能电站地下厂房结构在干湿模态下的振动特性,建立某抽水蓄能电站地下厂房的动力分析模型,基于强耦合方法,将声场理论运用到有限元计算中,计算厂房整体结构在考虑尾水管流体作用后的湿模态,并与厂房的干模态进行比较,通过计算得到尾水管内流体对厂房各关键部位自振频率的影响;通过水力脉动试验,获得该抽蓄电站流道的脉动压力的荷载特性;通过谐响应计算,计算了干、湿模态下水力脉动对厂房的影响。结果表明,由于水体阻尼作用,厂房及各关键部位的各阶振动频率均有所减小,在对厂房进行振动分析时水体的作用不能忽略;抽蓄电站尾水管内水力脉动的频率和幅值与活动导叶的开度有关,频率变化范围为0～26.70Hz,呈"V"型分布;厂房在尾水管流体脉动压力作用下频率响应都很小,且随着水力脉动频率的变化而变化。研究成果可为抽水蓄能电站地下厂房振动问题研究提供参考。     

张河湾抽蓄电站运行时过大厂房振动分析与处理

张河湾抽蓄电站装机4台250MW的抽水蓄能机组,机组投入运行后,一直存在过大的厂房振动和高频噪声,威胁了电站的安全稳定运行,影响了员工的身心健康。经测试分析和有限元计算,发现转轮与导叶间动静干涉而产生的压力脉动(无叶区压力脉动)造成局部厂房结构发生了共振现象。对转轮进行水力优化设计,转轮更换后,无叶区压力脉动大幅减小,2倍叶片过流频率分量幅值也大幅减小,随之厂房振动也大幅减小,高频噪声消失。厂房振动过大和高频噪声问题得到解决。研究成果可为其他抽蓄电站提供参考。     

基于压气机动静叶干涉的共振研究

燃气轮机压气机叶片在设计时需要进行共振考核,但由于激振力复杂,叶片产生共振的条件也不相同。考虑了动静叶的干涉扰动,得到一般气流压力脉动模型,然后在压力脉动作用下推导下游动叶受迫响应的解析解,从受迫响应的解中得出基于压力脉动特性的共振条件。最后利用某燃气轮机压气机叶片轮盘模型进行了验证,得到了与理论推导一致的结果。该共振条件基于动静叶数量和动叶轮盘模态特性关系,揭示了阶次激励作用下叶片轮盘耦合振动存在更多可能出现的共振点,在设计阶段需要注意避开这些共振点,控制叶片振动,保证叶片安全运行。     

抽水蓄能电站可逆式水泵——水轮机的设计及特性分析研究

目前,国外的可逆式水泵—水轮机迅速发展,我国许多地方也都在计划兴建抽水蓄能电站。本文介绍並讨论了蓄能电站的型式;可逆式水泵—水轮机设计及这种逆式机械的运行特性。     

阿海水电站厂房结构抗振分析

以阿海水电站厂房结构为例,采用定性判别和定量分析两种方法评价了厂房结构抗振安全性,首先分析计算了主、副厂房及楼板等局部结构的自振特性,然后分析了3种潜在振源(机械、电磁、水力)的频率特性,并按共振校核法对厂房结构抗振安全性作出了定性判别,最后将机组水力激振作用下的厂房振动简化为简谐振动系统,采用逐步积分法定量计算了厂房结构的动力响应,所得结果可为厂房抗振设计提供参考。     

抽水蓄能电站水泵水轮机组及厂房振动规律研究

本文选取不同水头段抽水蓄能电站,对水泵水轮机组和厂房结构开展联合测试,通过对测试结果分析,总结得出机组和厂房结构振动的基本规律,明确了无叶区内叶片过流频率的压力脉动通过蜗壳进一步传播,其倍频对应的脉动压力分量引发厂房局部结构的振动。不同电站的局部结构振动水平不尽相同,被测电站的水轮机层和母线层立柱振动普遍偏大。除此之外,还需对局部结构的细节予以关注,如楼板装修层对振动的放大效应等。     

抽水蓄能机组双机甩负荷试验分析

抽水蓄能电站工况转换频繁,水力过渡过程关乎整个电站的安全运行和供电品质,一管双机甩负荷是大波动水力过渡过程,对其进行试验分析具有重要意义。为此,分析多个抽水蓄能电站一管双机甩负荷试验数据,统计了转速和蜗壳压力上升率范围,为以后制定相关标准和调节保证计算提供参考;并分析了某抽水蓄能电站一管双机甩50%、75%、100%负荷的试验结果,结果表明该电站转速和蜗壳压力上升率与其他统计电站相近,可为其他电站的类似试验提供参考。     

小型抽水蓄能技术发展现状及应用前景

抽水蓄能是电网调峰的有效手段之一,当今世界抽水蓄能机组的发展方向是高水头化、大容量化和高转速化。按照机组类型,抽水蓄能机组可分为四机分置式、三机串联式和二机可逆式机组,其中由可逆水泵水轮机和发电电动机组成的二机可逆式机组是目前的主流结构。我国抽水蓄能电站建设于20世纪90年代后步入发展快车道,目前电站的整体设计、制造和安装已达到国际先进水平。随着分布式能源的开发利用和智能电网的发展,分布式储能成为新的发展趋势,而分布式抽水蓄能将成为值得广泛推广的技术。小型抽水蓄能既可以与大型抽水蓄能实现优势互补,也可以独立协调各种分布式电源,解决分布式能源和微电网系统供电质量差、可靠性低等问题,具有工程位置灵活、投资少、见效快、对输电线路要求较低以及能够较好解决个别单位和部门峰荷需要等优点。国内外已经开展了小型抽水蓄能电站的研究、实施和工程应用,积累了可供借鉴的宝贵经验。高水头混流式水泵水轮机技术是当前的研究热点,主要集中在500~700m高水头水泵水轮机的研究,涉及水力性能、结构性能以及试验等。如果国家能够建立起有效机制,充分调动地方和企业投资小型抽水蓄能电站建设的积极性,那么它将具有广阔的发展前景。