灯泡贯流水轮发电机组稳定性研究

灯泡贯流水轮发电机组稳定性研究

马国民1马国强2

1.甘肃电投炳灵水电开发有限责任公司甘肃临夏731600；

2.国网青海省电力公司检修公司青海西宁810000

摘要：灯泡贯流式水轮机具有适用水头低、过机流量大以及效率高等特点，一般用于开发低水头、大流量的水力资源，水头适应范围为5～25m。机组结构与常规的混流式和轴流转桨式机组存在较大的区别，整个机组为卧式布置，发电机组横向布置在流道中，灯泡贯流式流道顺直，流场分布较均匀，水力效率较高，在相同的容量下尺寸比立式机组小得多，机组重量轻，土建工程量小，节省投资。鉴于此，本文主要分析灯泡贯流水轮发电机组稳定性。

关键词：灯泡贯流式；水轮发电机组；稳定性；测试

1、机组运行稳定性要求

1）《GB/T8564—2003水轮发电机组安装技术规范》第15.3条第15.3.1-d）款规定：测量机组运行摆度（双振幅），其值应不大于75%的轴承总间隙。

2）GB/T8564—2003第15.3条第15.3.1-e）款规定：对转速小于250~375r/min的机组测量机组振动，水导、发导轴承振动不能超过80μm，发导轴承轴向振动不能超过80μm；灯泡头水平振动不超过100μm；以上振动限定值为除过速运行以外的各种稳定运行工况下的双振幅值。

3）《水轮发电机基本技术条件GB/T7894-2001》第4.3.10条规定：在水轮发电机出口处上方垂直距离1m处测量的噪声水平，应不超过85dB（A）。

4）《水轮机基本技术条件GB/T15468—2006》第5.8条规定：水轮机正常运行时，在转轮室周围1m处所测得的噪声不应大于90dB。

2、灯泡贯流水轮发电机组稳定性试验

2.1、测试项目

（1）变转速试验

试验时把机组转速分别调整至60%、80%、100%、110%的额定转速，每工况下要稳定运行5min，观测分析机械因素（转子质量不平衡）对机组振动的影响。试验过程中发电机转子不加励磁，机组在上述不同转速运行稳定后，测量机组各部位的振动、大轴摆度。

（2）变励磁试验

机组以额定转速运行，试验时励磁电流分别调整至发电机空载额定电压对应的励磁电流的0%、50%、100%，实测试验中励磁电压变化，每工况要稳定运行5min，观测分析电气因素（磁拉力不平衡）对机组振动的影响。

（3）变负荷试验

机组从并网后空载运行开始，负荷一般以10%额定负荷为步长，从空载逐步增加至额定负荷。每个工况稳定运行5min。在额定转速和额定励磁工况下机组运行试验，主要分析机组带负荷情况下运行情况，确定振区范围。

2.2、测点布置

（1）大轴摆度测点

1）受油器处摆度测点（X、Y方向各一个）：传感器支架固定在受油器外罩处。

2）发电机轴承摆度测点（X、Y方向各一个）：传感器支架固定在轴承外壳上。

3）水轮机轴承摆度测点（X、Y方向各一个）：传感器支架固定在轴承外壳上。

4）大轴摆度键相测点：传感器支架固定在水导轴承外壳上，与水导摆度测点位置一致。

（2）振动测点

1）灯泡头轴向振动，灯泡头+X方向（水平传感器）。

2）灯泡头径向振动，灯泡头+X方向（垂直传感器）。

3）发电机导轴承径向振动，+Y方向（垂直传感器）。

4）发电机导轴承（组合轴承）轴向振动，+X方向（水平传感器）。

5）水轮机导轴承径向振动，+Y方向（垂直传感器）。

6）水轮机导轴承径向振动，+X方向（水平传感器）。

7）转轮室径向振动，+Y方向（垂直传感器）。

8）转轮室径向振动，+X方向（水平传感器）。

（3）压力测点

1）导叶进口前：压力传感器安装在水压测量盘上；

2）尾水进口：压力传感器安装在水压测量盘上。

（4）噪音测点

1）灯泡头；2）发电机出口1m处；3）发电机层；4）转轮室上方1m处。

3、灯泡贯流式水轮发电机运行与维护分析

3.1、加强机组润滑油系统维护

由于贯流式水轮机的特殊结构，与混流式等常见机组的结构有很大的不同，混流式机组的润滑油无需循环，而贯流式机组轴承及推力瓦用油均需进行循环冷却供油，供油正常（正常的流量和油温）是确保水轮机及发电机轴承正常的必要条件。由于贯流式机组在20世纪90年代才在国内逐步应用，运行和设计经验仍在不断的积累过程中，在贯流式水电站中烧毁机组轴承轴瓦成为了很常见的事故，这类事故维修工期一般均在2个月以上，造成的直接和间接经济损失均很大。而造成这类事故绝大部原因是润滑油系统故障引发的。因此加强润滑油系统的维护显得十分重要。

3.2、加强发电机定子绝缘的监视

发电机定子主绝缘是同时在电场作用下和机械（振动）作用下工作的，这使其抗电强度大大降低，主绝缘击穿后将会使发电机定子绕组烧毁，且其击穿具有不可逆性，因此平时加强发电机的绝缘监视意义十分重大。而发电机主绝缘击穿最常见的有电击穿、热击穿和电化学击穿。

发电机投运后，需要趁机会不定期的对发电机绝缘进行监视，由于灯泡贯流式发电机定子采用卧式结构，整个机组在水里，机组的振动较大，环境潮湿，散热条件不好，这些都会加剧绝缘的老化，特别是很容易受潮。因此在丰水季节趁发电机停机时，应及时测量发电机的绝缘，而停机时间较长时，在开机前还要测量其绝缘。因为定子在水里，发电机长周期运行其定子及铁心的温度可达100℃左右，而定子外壁、流道内水温一般在20℃左右。

3.3、加强发电机的温度监视

（1）发电机温度较高时，要加强监视，加强冷却效果，如果发电机温度较高，宁愿采取降低负荷运行方式，减小电流的热效应，确保机组的安全运行，特别在环境较高的夏天，更应注意此项。（2）日常维护检修中，加强对发电机冷却系统的维护，定期检查冷却风机的风量是否正常，其电机性能是否良好，确保机组运行时冷却风机可靠运行。同时定期检查冷却水系统的流量及压力，发现异常时应趁机进行处理，并且应定期对空气冷却器进行清洗，确保冷却器的冷却效果。（3）加强对发电机测温系统的维护，定期对相关的温控仪、温度巡检仪及测温电阻进行试验检查，使其能准确、实时的反映各测温点温度的实际值。

3.4、加强发电机粉尘及油污的监视

灯泡贯流式水轮发电机的特殊结构，特别是转桨式的水轮发电机组，其受油器设计安装在发电机侧，加之发电机机堂内的径向轴承，使发电机有可能受到油雾及油污的影响，如果受油器漏油，将直接污染到定子、转子及集电环，当油漏在定子线圈表面时，由集电环产生的碳粉会粘附在其表面，长期在高温的作用下，对主绝缘将会产生电化学腐蚀作用，从而使绝缘局部受损。

总之，灯泡贯流式水轮发电机组是开发低水头水力资源的良好机型，它具有比转速高、单位过流量大、空化系数小及效率高等特性。而机组外部的壳体受加工限制和发电机散热需要，必须使壳体尽量减薄，在这种情况下，此种壳体又是球壳体的一部分，所以这个问题又归结为球壳体的稳定性问题。因此，本文的研究也就显得十分的有意义。

参考文献：

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[2]郑程遥，唐旭东，胡新阶，洪英进.风机变频节能在灯泡贯流式水轮发电机的应用[J].中国农村水利水电，2015（08）：196-198.

[3]李建秀.灯泡贯流式水轮发电机通风冷却系统的数值计算及模拟[D].西华大学，2008.

[4]高天德.灯泡贯流水轮发电机二次循环冷却技术的探讨[J].大电机技术，1993（04）：1-7+15.