陈纳强 朱力 李科 石培 姜巍 周春
雅砻江流域水电开发有限公司 成都 610051
[摘 要]某电厂每台机组在顶盖内安装有2个转轮与导叶间压力脉动传感器及2个顶盖压力脉动传感器，用于测量机组转轮与导叶间、顶盖压力脉动值。转轮与导叶间压力脉动传感器、顶盖压力脉动传感器安装位于顶盖较低位置，长期浸泡在水中易导致元件绝缘降低，长时间高频共振易导致元件测点处的传感器测压膜损坏，最终导致元件故障。为此，根据现场运行工况，对元件安装位置进行优化，优化后，经过长期运行检验，顶盖、转轮与导叶间压力脉动传感器工作正常，达到预定的效果。
[关键词] 机组；压力脉动；
0前言
某电厂机组状态在线监测系统由传感器、数据采集单元、服务器及相关网络设备、软件等组成，实时在线监测水轮发电机组各部位的运行状态（振动、气隙等）的测量系统。压力脉动是水轮机最普遍的不稳定因素，是导致水电机组振动的主要原因之一，流场的压力脉动周期性地作用在流道壁面上和转轮上，引起结构和部件的振动。 压力脉动过大时会引起水轮机和厂房结构振动、叶片裂纹和断裂、机组运行不稳定和轴承损坏， 当压力为负压时， 可能造成空化和空蚀，伴随较强烈的噪音。在实际运行中，某电厂转轮与导叶间压力脉动传感器运行存在以下问题：
（1）2019年07月14日，查询#7机组状态在线监测数据发现转轮与导叶间压力脉动1测值变化至1006kPa，超过报警值150kPa，#7机带588MW负荷并网运行。2019年07月15日，更换传感器后，观察两天无异常。2019年07月18日，#7机组转轮与导叶间压力脉动1测值出现跳变，然后故障。
（2）2019年07月14日16时左右，#7机组转轮与导叶间压力脉动2测值由45kPa上升至270kPa左右，当时#7机负荷为577MW无变化。2019年7月19日，#7机组转轮与导叶间压力脉动2测值264kPa，#7机组转轮与导叶间压力脉动2测值变大。
1检查过程及原因分析
1）提取2018年12月25日至2019年07月25日的在线监测数据，#7机组转轮与导叶间压力脉动1的通频值在100kPa~400kPa之间变化，部分数据如图1所示。
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从图中可看出，#7机组转轮与导叶间压力脉动1的通频值在负荷接近600MW时，通频值为100~400kPa。#7机组检修后自6月19日起，#7机组转轮与导叶间压力脉动1的通频值在858kPa到1216kPa之间变化（对应负荷为546MW~597MW），从图中可看出，检修前后#7机组转轮与导叶间压力脉动1通频值范围由100kPa~400kPa变化至858kPa~1216kPa。通过查询历史数据，检修前#7机组转轮与导叶间压力脉动1频谱值集中在295Hz附近，检修后#7机组转轮与导叶间压力脉动1频谱值集中在239Hz附近。
综上所述，#7机组转轮与导叶间压力脉动1测值在检修后测值增加约2~3倍，频谱中有较大的高频成分且波形异常，传感器采集数据失真，不稳定，其主要成分为高倍频（84倍频，239Hz），数据内压力脉动成分不大，这是由于压力脉动传感器和延长的取压管共振所致。长时间高频共振导致转轮与导叶间压力脉动1测点处的传感器测压膜损坏，最终导致#7机组转轮与导叶间压力脉动1在7月份故障2次。
2）将转轮与导叶间压力脉动2传感器更换至顶盖压力脉动2管路上，测值由228kPa降为38kPa，与原顶盖压力脉动2测值相近，恢复原状后转轮与导叶间压力脉动2测值又变为228kPa，将转轮与导叶间压力脉动2通道更换至顶盖压力脉动2通道，压力脉动测值无变化。判断转轮与导叶间压力脉动2传感器无故障且通道无故障，转轮与导叶间压力脉动2管路压力脉动实际测量值228kPa。
3）提取2019年06月22日至2019年07月25日的在线监测数据，#7机组转轮与导叶间压力脉动2的通频值在33kPa~42kPa之间变化（当有功负荷在576~597MW之间时），如图2所示。
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#7机组转轮与导叶间压力脉动2的通频值在负荷为接近600MW时，通频值为39~42kPa。#7机组转轮与导叶间压力脉动2测值2019年7月14日09:40:54为 38kPa，到2019年7月14日22:49:46上升至268kPa，期间机组有功功率、水头、导叶开度、顶盖振动均平缓变化，未出现突变，如图3所示。通过查询历史数据，测值变大前#7机组转轮与导叶间压力脉动2通频值分量集中在0.7~2.88Hz附近，测值变大后#7机组转轮与导叶间压力脉动2通频值分量集中在83Hz、137Hz附近。
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综上所述，#7机组转轮与导叶间压力脉动2测值变大与存在高倍频分量有关（30倍频，83 Hz），该高倍频分量是由于现场延长的取压管共振导致的。
2优化技术措施
1）将转轮与导叶间压力脉动测点改至机组水车室外对应测压管处，可减轻顶盖内振动对转轮与导叶间压力脉动传感器的影响，同时有利于故障处理，不受机组运行状态限制。
2） #7机组转轮与导叶间压力脉动测点改至机组水车室外对应测压管处位置改造后的曲线如图5所示。
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从转轮与导叶间压力脉动位置改造后的测值来看，大部分测点在压力脉动位置更换后在同负荷下测值接近，且更换后转轮与导叶间压力脉动传感器未再出现故障情况。
3结语
在保证机组安全运行的前提下，通过对转轮与导叶间压力脉动传感器安装位置的优化后，提高了设备的可靠性，为机组长周期的安全运行提供保障。
[参考文献]
[1]田锋社.水轮机压力脉动测试的分析与探讨[J].水利水电科技进展，2006（02）：37-39.
[2]江晓明混流式水轮机压力脉动计算［J］．大电机技术， 1993( 2) : 43－49．
[3]姚丹，卢池水轮机模型压力脉动的测试及分析方法 ［J］．中国水能及电气化，2012( 11) : 61－63．
[4]郭娜，卢池混流式水轮机压力脉动模型试验研究 ［J］．红水河，2018( 6) : 32－35．
[作者简介]
陈纳强（1987-），男，工程师，大学本科，从事水电厂二次设备检修维护工作。