奇異性理論分析水電機(jī)組的振動(dòng)穩(wěn)定性

近年來，我國水力發(fā)電建設(shè)發(fā)展十分迅速，新建發(fā)電機(jī)組大量投入運(yùn)行，由于電站建設(shè)投資方眾多，電廠機(jī)電設(shè)備的制造、安裝、調(diào)試及竣工驗(yàn)收等各方面存在很多問題，使機(jī)組投入運(yùn)行后機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性差，影響機(jī)組的安全運(yùn)行。為此，本文對(duì)水力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性及振動(dòng)原因進(jìn)行了相關(guān)的分析，以供大家交流探討。

對(duì)水電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性以及振動(dòng)分析，不僅是每一個(gè)水利水電工程相關(guān)負(fù)責(zé)人需要重點(diǎn)關(guān)注的問題，同時(shí)也是相關(guān)技術(shù)維護(hù)人員需要不斷改進(jìn)和完善的重要工作。本文主要對(duì)我國水電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性以及振動(dòng)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行探討，從而促進(jìn)我國水利事業(yè)不斷發(fā)展。

通過對(duì)水電機(jī)組復(fù)雜非線性模型的仿真,研究了水輪機(jī)調(diào)速器控制規(guī)律對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,并提出了采用水壓反饋改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定的控制思想。仿真研究結(jié)果表明:由于水電機(jī)組引水系統(tǒng)的水擊效應(yīng),原動(dòng)機(jī)的自動(dòng)調(diào)節(jié)會(huì)惡化系統(tǒng)阻尼,使轉(zhuǎn)子搖擺曲線的衰減速度明顯減慢,而引入水壓的微分反饋可加快振蕩過程的衰減,有效改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。文中所提方法簡(jiǎn)單,易于在水電機(jī)組調(diào)速器上實(shí)現(xiàn)。

大型水電機(jī)組多采用混流式機(jī)組,其轉(zhuǎn)輪葉片是固定的,不能隨電站運(yùn)行工況的變化而調(diào)節(jié),易產(chǎn)生脫流和渦帶,引起水力振動(dòng),導(dǎo)致葉片裂紋和尾水管開裂。國內(nèi)外許多大型電站幾乎都發(fā)生過這類運(yùn)行穩(wěn)定性問題,它屬于世界性課題。文章論述了水電機(jī)組轉(zhuǎn)輪葉片產(chǎn)生裂紋的機(jī)理,給出了實(shí)踐證明是行之有效的預(yù)防措施,以及改進(jìn)的修復(fù)方法。

在剛性聯(lián)結(jié)電網(wǎng)模型基礎(chǔ)上,分析了水電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性。隨著一次調(diào)頻機(jī)組及容量增加,產(chǎn)生了電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性下降的問題。如果電網(wǎng)中存在多個(gè)小容量機(jī)組的調(diào)節(jié)系統(tǒng),穩(wěn)定性較差,將會(huì)引起整個(gè)電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性下降或不穩(wěn)定情況發(fā)生。因此必須重視小容量機(jī)組并入大電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)忽視系統(tǒng)穩(wěn)定性的現(xiàn)象,足夠的單機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性可以保證多機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定。當(dāng)各機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)主導(dǎo)時(shí)間常數(shù)相同時(shí),各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作趨于同步,電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)才會(huì)獲得良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。

介紹了在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)就水電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)孤立運(yùn)行頻率穩(wěn)定性的影響進(jìn)行的研究,并據(jù)此對(duì)機(jī)組進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)和試驗(yàn)。

對(duì)不同工況下水輪機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性作了分析;探討了實(shí)際運(yùn)行中機(jī)組可能的運(yùn)行工況、調(diào)速器參數(shù)的設(shè)置情況以及調(diào)速器參數(shù)對(duì)機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性的影響;通過調(diào)速器動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)現(xiàn)有的調(diào)速器pid參數(shù)設(shè)置將使機(jī)組孤網(wǎng)帶負(fù)荷運(yùn)行出現(xiàn)失穩(wěn)。筆者提出了解決辦法,并介紹了具體實(shí)施措施。

文章針對(duì)水電機(jī)組穩(wěn)定性測(cè)試中傳感器的選擇、測(cè)點(diǎn)選擇,對(duì)測(cè)試中應(yīng)注意的一些干擾問題以及數(shù)據(jù)信號(hào)等方面進(jìn)行了具體的分析,并提出了針對(duì)性的解決方法。

從電廠設(shè)備安全運(yùn)行的角度而言,對(duì)發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)監(jiān)測(cè)是很重要的.但是,以前我國水電廠用于現(xiàn)場(chǎng)在線運(yùn)行的振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性問題沒有完全解決.針對(duì)水電廠需要而研制的第一臺(tái)擺度振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀bzj于1987年年底在廣東某水電廠投入運(yùn)行以來,已無故障地在現(xiàn)場(chǎng)在線運(yùn)行五年多了.本文對(duì)該儀器的穩(wěn)定性及可靠性問題進(jìn)行了分析討論.

大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是復(fù)雜的多變量非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng),具有不確定性和多干擾性,導(dǎo)致難以獲取風(fēng)電機(jī)組精確的數(shù)學(xué)模型。為了保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行,設(shè)計(jì)了一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)反饋控制器,在風(fēng)速低于額定風(fēng)速時(shí),通過控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩調(diào)整發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速達(dá)到期望轉(zhuǎn)速,最大限度地捕獲風(fēng)能。通過狀態(tài)轉(zhuǎn)換將原問題轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)在原點(diǎn)穩(wěn)定的問題,再通過李雅普諾夫函數(shù)找到合適的參數(shù),進(jìn)而設(shè)計(jì)出控制器。之后給出了該系統(tǒng)的穩(wěn)定性證明,并基于該控制器,計(jì)算出了風(fēng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定域。最后利用simulink搭建了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制仿真平臺(tái),并進(jìn)行了數(shù)值仿真。結(jié)果顯示控制系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和期望的動(dòng)態(tài)特性,表明該控制器取得了較好的控制效果,且在風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定域內(nèi),系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行。該方法設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,不包含復(fù)雜的控制算法,具有一定的實(shí)用價(jià)值。穩(wěn)定域的提出,為風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行提供了理論依據(jù)。

大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是復(fù)雜的多變量非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng),具有不確定性和多干擾性,導(dǎo)致難以獲取風(fēng)電機(jī)組精確的數(shù)學(xué)模型。為了保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行,設(shè)計(jì)了一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)反饋控制器,在風(fēng)速低于額定風(fēng)速時(shí),通過控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩調(diào)整發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速達(dá)到期望轉(zhuǎn)速,最大限度地捕獲風(fēng)能。通過狀態(tài)轉(zhuǎn)換將原問題轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)在原點(diǎn)穩(wěn)定的問題,再通過李雅普諾夫函數(shù)找到合適的參數(shù),進(jìn)而設(shè)計(jì)出控制器。之后給出了該系統(tǒng)的穩(wěn)定性證明,并基于該控制器,計(jì)算出了風(fēng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定域。最后利用simulink搭建了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制仿真平臺(tái),并進(jìn)行了數(shù)值仿真。結(jié)果顯示控制系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和期望的動(dòng)態(tài)特性,表明該控制器取得了較好的控制效果,且在風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定域內(nèi),系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行。該方法設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,不包含復(fù)雜的控制算法,具有一定的實(shí)用價(jià)值。穩(wěn)定域的提出,為風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行提供了理論依據(jù)。

隨著我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)不斷的發(fā)展,風(fēng)電在電網(wǎng)中滲透率逐漸增加已經(jīng)成為了一種發(fā)展趨勢(shì),風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性也備受人們的關(guān)注,發(fā)電網(wǎng)絡(luò)對(duì)風(fēng)電機(jī)組的適應(yīng)能力提出了更高的要求.所以,為了提高風(fēng)電機(jī)組電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,就需要從風(fēng)電機(jī)組的角度來研究影響機(jī)組穩(wěn)定性的因素,并對(duì)其加以改進(jìn).

隨著我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)不斷的發(fā)展,風(fēng)電在電網(wǎng)中滲透率逐漸增加已經(jīng)成為了一種發(fā)展趨勢(shì),風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性也備受人們的關(guān)注,發(fā)電網(wǎng)絡(luò)對(duì)風(fēng)電機(jī)組的適應(yīng)能力提出了更高的要求。所以,為了提高風(fēng)電機(jī)組電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,就需要從風(fēng)電機(jī)組的角度來研究影響機(jī)組穩(wěn)定性的因素,并對(duì)其加以改進(jìn)。

小山電站機(jī)組為80mw混流式水輪發(fā)電機(jī)組,為了檢驗(yàn)機(jī)組的運(yùn)行特性,在機(jī)組大修后,對(duì)機(jī)組進(jìn)行了穩(wěn)定性試驗(yàn),通過試驗(yàn),分析各運(yùn)行工況下機(jī)組各部位振動(dòng)擺度、壓力脈動(dòng)數(shù)據(jù),找出機(jī)組振動(dòng)原因,從而為機(jī)組避振運(yùn)行、提高運(yùn)行壽命提供科學(xué)依據(jù)。

從系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的角度,以狀態(tài)監(jiān)測(cè)參數(shù)的選取、專家知識(shí)庫及狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)庫的建立為重點(diǎn),介紹了水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)與檢修系統(tǒng)的構(gòu)成及該系統(tǒng)各軟件模塊的設(shè)計(jì)思路和應(yīng)用功能

對(duì)高水頭長(zhǎng)隧洞雙機(jī)組雙調(diào)壓井的水輪機(jī)組水、機(jī)、電系統(tǒng)進(jìn)行研究,得出系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及其穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)品質(zhì);分析有壓過水系統(tǒng)、調(diào)速器等參數(shù)以及機(jī)組間水力干擾對(duì)穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)品質(zhì)的影響;提出改善系統(tǒng)穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)品質(zhì)的措施。

在調(diào)研的基礎(chǔ)上,分析了當(dāng)前大型水電機(jī)組推力軸承運(yùn)行狀況及其故障原因,并結(jié)合電網(wǎng)和水電廠的運(yùn)行實(shí)際,按照電力系統(tǒng)實(shí)施運(yùn)行機(jī)組狀態(tài)檢修的目的和要求,建立了一個(gè)大型水電機(jī)組推力軸承運(yùn)行穩(wěn)定性狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng),為軸承分析診斷提供了有效、可靠的依據(jù)

本文論述了同步發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的基本原理,闡述了同步發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行對(duì)發(fā)電機(jī)組的危害,論述了發(fā)電機(jī)帶自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器(avr)的靜穩(wěn)定分析,得出了同步發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行可達(dá)到靜穩(wěn)定的結(jié)論。

介紹了對(duì)我國100多臺(tái)已運(yùn)行的水輪機(jī)氣蝕調(diào)查結(jié)果,分析了氣蝕改善的原因,并給了有關(guān)水輪機(jī)比轉(zhuǎn)數(shù)和裝置氣蝕系數(shù)的統(tǒng)計(jì)關(guān)系曲線等。

根據(jù)萬家寨水電站幾年來的運(yùn)行實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和有關(guān)科研院校的試驗(yàn)數(shù)據(jù),分析了萬家寨樞紐大壩庫區(qū)水位、電站運(yùn)行負(fù)荷和水輪機(jī)組的運(yùn)行振動(dòng)及節(jié)水的關(guān)系,給出了從穩(wěn)定運(yùn)行和節(jié)水等因素綜合考慮的較為合理的庫區(qū)運(yùn)行水位和水輪機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷。

針對(duì)水電機(jī)組激振試驗(yàn)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)、制造并標(biāo)定了大型力錘。它克服了信噪比不高的缺點(diǎn)，使瞬態(tài)激振成功地應(yīng)用于水電機(jī)組的實(shí)驗(yàn)分析，并取得了較高的試驗(yàn)精度。

在長(zhǎng)達(dá)一年多的時(shí)間里,對(duì)柘林水電廠b廠兩臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了28臺(tái)次試驗(yàn),全面掌握了機(jī)組各水頭下尾水錐管、頂蓋和渦殼中的壓力脈動(dòng)情況,以及對(duì)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響。