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紧水滩水电厂5号机开机过程异常振动分析与处理

文档作者：段文华，李德红，项兴华文档来源：浙江省电力公司紧水滩水力发电厂		点击数：	更新时间： 2025年05月30日
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上一篇：巨型混流式水轮发电机组检修排水方式探讨

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第39 卷第4 期水电站机电技术Vol.39 No.4
2016 年04 月Mechanical &amp;amp; Electrical Technique of Hydropower Station Apr.2016
收稿日期：2015-10-31
作者简介：段文华（1978-），男，工程师，从事水电自动化技术管理
工作。
紧水滩水电厂5 号机开机过程异常振动分析与处理
段文华，李德红，项兴华
（浙江省电力公司紧水滩水力发电厂，浙江丽水323000）
摘要：紧水滩水电厂5 号机增容改造时更换了转轮、导水机构等重要部件。改造后机组自动开机过程中出现异常
振动。通过对机组振动、水压、接力器行程与转速等参数分析，判断与调速器开机控制策略有关。对调速器开机控制
策略进行优化调整及试验后，机组开机过程振动与压力最高值明显减小，机组运行正常。
关键词：增容改造；开机；振动；试验
中图分类号：TM312 文献标识码：B 文章编号：1672-5387（2016）04-0046-03
DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.04.015
1 机组概况
紧水滩水电厂装有6 台单机50 MW 的混流式
机组，电站总装机300 MW。6 台机组分别于1987 年
~1988 年投产发电，均为杭州发电设备厂生产。发电
机型号为SF-K50-30/6400，立轴悬式，采用双路自
循环径向密闭通风型式，不装设风扇，用转子支架自
转打风作用进行空气循环。设计出力为50 MW，额
定转速200 r/min。水轮机如图1 所示， 型号为
HL220-LJ-300，立轴混流式，金属蜗壳，包角345 °，
转轮直径3 m，额定出力51.5 MW，设计水头69m，
最大水头85 m，最小水头60.5 m。机组主要承担系
统调峰调频任务。5 号机增容改造为紧水滩电厂首
台机组改造，从原来的51.5 MW 增容至56.7 MW，新
水轮机型号为HLA835-LJ-305，改造主要更换部件
为转轮与导叶。紧水滩水电厂5 号机增容改造前后
主要参数如表1。
表1 5 号水轮机增容前后主要参数
2 开机过程异常现象分析
紧水滩水电厂5 号机增容改造后第一次自动开
机过程中，发现机组存在异常振动。在机组从导叶全
关自动开机到机组上升到额定转速过程中，机组短
时突然产生较大振动，在发电机层机组旁能感觉到
明显振动。
由于机组同时进行性能试验，对机组相关的参
数进行了实时监视记录，因此开机过程各测点数据
也被记录下来。机组开机过程振动、摆度、水压、导叶
开度等各测点时域波形图见图2～图4。从时域波形
图1 紧水滩电厂5 号水轮机剖面图
设备名称 改造前 改造后
型 号 HL220-LJ-300 HL835－LJ－305
设计 69 72
水头/m 最高 85 85
最低 60.5 60.5
设计出力/MW 51.500 56.7
设计流量/m3/s 84.7 93.2
额定转速/r/min 200 200
飞逸转速/r/min 410 410
设计最高效率/% 91.0 93.0
转轮直径/mm 3000 3050
转轮叶片/只 14 13
活动导叶/只 24 24
固定导叶/只 12 12
吸出高度/m ＜-2.5 ＜-2.5
安装高程/m 99.6 99.6
轴向力/t ≤225 ≤225
46
t4
图5 调速器开机过程曲线图
图看出，机组开机过程中，机组顶盖、定子铁芯和定
子基座都存在突然增大的一个振动波，时间节点相
同。机组蜗壳进口水压值与压力脉动值有明显的上
升尖波，顶盖下压力值存在下降变化波，尾水管压力
值变化不明显。机组导叶开度时域图中，这一现象发
生在导叶最大空载开度突然关回的时刻，对应机组
转速达到90 %左右。
图2 机组开机过程顶盖振动、接力器行程与转速时域波形图
图3 机组开机过程尾水管、蜗壳、顶盖下各压力时域波形图
图4 机组开机过程上机架、定子铁芯
和定子基座振动时域波形图
在随后的机组试验中，多次发现机组自动开机
过程都存在这一现象，时间点都在转速上升到约90 %
时。手动操作调速器开启导叶使机组转速上升到额
定转速时，没有异常振动现象。将开机过程与空转、
带负荷、甩负荷过程数据比较分析，发现开机过程蜗
壳压力最高值与甩25 %负荷时测值相近，上机架振
动值与上导摆度远远大于空转与负荷运行时数值，
也大于机组甩100 %负荷时相应值，见表2。
表2 开机过程与空转、带负荷、甩负荷过程数据比较表
3 原因分析
开机过程中各振动与压力值异常增大都发生在
转速上升到约90 %时，此时为调速器将导叶最大空
载开度突然关回的时刻。导叶突然关回，在蜗壳形成
水锤，顶盖下形成负水锤，由于导叶后压力无测点，
推测可能导叶后压力变化更大，导致机组突然产生
明显振动。机组开机过程导叶最大空载开度、开启规
律、关回量与调速器开机控制策略有关。
紧水滩电厂5 号机组增容改造前后调速器开机
控制策略未作调整，调速器自动开机控制策略过程
曲线如图5 所示。
图5 中：A 点开度Y1 受最大和最小空载开度
设定值影响，该点的值是根据当前水头的空载开度
加上约12 %，B 点开度Y2 为2 倍的最大空载开度。
从开机令下达到A 点的斜率（增量）是固定值，内部
设置为每周期0.08 %开度（周期为20 ms）。A-B 段
的斜率（增量）也是固定值，内部设置为每周期0.015 %
开度（周期约为20 ms）。到达B 点后经过一段时间，
当机组频率达到45~48 Hz 时（即C 点）调速器输出
自动将导叶开度压至按水头计算得出的空载开度给
定值Y3 后进入空载运行工况，然后经PID 调节到
达D 点开度Y4，整个开机过程完成。
顶盖+X 垂直
顶盖+X 水平
顶盖+Y 垂直
顶盖+Y 水平
接力器行程
转速
机组工况 开机过程 空转运行 额定负荷 甩负荷
蜗壳压力最高/kPa 805
815.4
（甩50%）
上机架水平振动/mm
X：0.300
Y：0.360
X：0.126
Y：0.104
X：0.107
Y：0.079
0.243
（100%）
上机架垂直振动/mm
X：0.500
Y：0.550
X：0.038
Y：0.076
X：0.012
Y：0.030
0.129
（100%）
上导轴承摆度/mm
X：0.350
Y：0.350
X：0.115
Y：0.182
X：0.094
Y：0.120
0.144
（100%）
段文华，等：紧水第4 期 滩水电厂5 号机开机过程异常振动分析与处理 47
图8 第二次修改后开机过程时域波形图
图9 最后修改后开机过程时域波形图
初步分析机组增容改造后，转轮通流量增大，实
际工况可能和调速器原设置的开机过程控制策略不
匹配，最大空载开度、关回量偏大，引起水轮机产生
较大水锤，使机组产生突然振动。
4 调速器开机控制策略调整试验
结合试验对调速器开机过程曲线进行了实测。
A 点时导叶开度为26 %，B 点时导叶开度为42 %，
Y3 位置时导叶开度为18 %，D 点时导叶开度为22 %。
初步分析B 点时导叶开度为42%相对偏大，因此通
过组合调整A、B、C、D 点位置导叶开度的方法进行
优化。先后对调速器开机过程曲线进行了三次修改，
试验数据如表3。通过机组的状态监测系统对修改
前后采集机组运行振动、压力的时域波形图比较分
析，见图6 ~ 图9，由于机组的状态监测系统与之前
机组稳定性试验监测系统数据源不同，数据大小与
精度存在明显差别，只能依据机组的状态监测系统
数据前后进行比较。通过时域波形图比较分析，调速
器控制策略优化后各部振动与压力最高值明显比修
改前减小。优化后试验时机组开机过程平稳，人为感
觉机组开机过程中的突然振动明显减小，甚至好于
其它机组开机过程。
表3 开机过程曲线修改参数、实际参数数据表
说明：由于第二次修改后影响其它调节品质，因此将PID 投
入频率改为第一次修改时值。
5 结束语
紧水滩水电厂5 号机增容改造更换了转轮、导
水机构等重要部件，水轮机的特性与改造前发生很
大变化，仍采用原调速器开机控制策略，导致机组自
动开机过程产生突然振动。通过对调速器开机控制
策略试验调整，机组开机过程振动与压力最高值明
显减小，消除了开机过程异常情况，保证了开机过渡
过程平稳。
参考文献：
[1]魏守平.水轮机控制工程[M].武汉: 华中科技大学出版社，2005.
[2]蔡维由.水轮机调速器[M].武汉: 武汉水利电力大学出版
社，2000.
时间/名称 修改前 第一次修改 第二次修改 最后修改
Y1/% 35 25 25 25
Y2/% 42 33 33 33
Y3/% 21 21 20 20
Y4/% 22 22 22 22
T1/s 6.20 6.52 7.12 6.8
T2/s 16.37 20.48 19.82 19.98
T3/s 21.28 34.69 28.72 29.2
T4/s 32.24 42.39 40.54 40.8
图6 修改前开机过程时域波形图
图7 第一次修改后开机过程时域波形图

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