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AGC运行对水电机组影响的分析           
AGC运行对水电机组影响的分析
作者:佚名 文章来源:技术论文 点击数: 更新时间:2008-10-13 8:56:00
    自动发电运行(简称AGC)是近几年电力系统对发电厂的一个新的基本要求,火电机组和水电机组都要按系统要求参加AGC运行。与火电机组相比,水电机组具有起动迅速,负荷调节灵活的特点,在电力系统中担任AGC运行的主角。在电力市场运营中,具有优良调节品质的机组按实时调度指令增减出力,对稳定电网电压和区域偏差控制起到良好作用,对电网之间联络线电量守口子有明显的经济效益。所以AGC运行是电网安全、经济运行的必备条件,水电厂应该服从电网管理,满足电网的需要。
1 水电机组参加AGC运行后的主要变化
    水电机组以往一般在调峰负荷位置上工作,按峰荷要求,大多数机组可在最优工况附近运行一段时间,增减负荷或满足调频要求可以用1台机组来实现。参加AGC运行后,调度可以要求几台机组都并网运行,由调度自动装置控制和调节机组负荷,按系统负荷需要在一定范围内变动,水电厂运行人员按调度命令启动机组并网和合上AGC调节开关后,不再参与负荷调节。
  水电机组AGC运行和常规调峰运行有以下不同之处。
   (1)多台机组长时间带部分负荷运行。
 
  
(2)负荷调节频繁。
   (3)负荷变动幅度大,调节速度快。
2 AGC运行方式对水电机组的影响

2.1降低运行效率

  由于水电机组长期在部分负荷范围内运行,机组运行效率低,水耗增加。如果机组在空载备用状态运行 ,空载流量造成的水量损失也很可观。
2.2 频繁调节带来的影响

2.2.1 增加磨损
  由于机组负荷在频繁变动,水轮机的导水机构及其反馈装置都在不停地往复运动。与负荷相对稳定的调峰工况相比较,导水机构的各个转动环节磨损明显增加,如导水机构的轴肖和轴套,调速环的抗磨板,接力器活塞环与接力器缸壁。接力器导管处密封圈磨损会引起油的泄漏,导叶反馈钢丝绳在频繁调节中会磨断,造成机组调节失控,更换钢丝绳还需停机以调整导叶位置接点。导叶反馈钢带式电位器因频繁动作磨损,引起调节信号紊乱,接力器不断来回操作造成压力油管振动,一旦油管在运行中断落,后果将更加严重。2.2.2 导叶套筒L型密封圈断裂
  因频繁调节,套紧在导叶轴上的L型密封圈也因导叶轴不停地往复转动而产生扭曲变形,有的密封圈平面厚度仅为3~4mm,橡胶断面在长期扭曲变形中产生断裂,造成顶盖漏水。更换套筒密封需要停机落尾水门 ,位于接力器下的套筒密封圈更换则需要更长的检修时间。
2.2.3 压油装置供油量增加
  由于负荷变动频繁,导水机构经常处于动作状态,接力器每动作一次就要消耗一定数量的压力油。压油装置的工作容量是按照水轮机有间歇地调节方式设计的,长期以来,水电厂运行人员对压油装置的工作能力从未提出过疑问,但在水电机组AGC运行时却经常看到油泵在频繁启动运行,间歇时间变短,按一台油泵的能力(另一台处于备用状态)衡量,运行时间延长,增加了油泵的磨损,而电动机电源开关频繁投切也容易发生故障。
2.2.4 水轮机转轮叶片工作应力变化
  转轮在不同工况下,各部的应力也不同,按AGC运行方式的水轮机转轮叶片除正常应力的交变循环外,还因工况的频繁变化造成应力幅值的迅速变化,这与正常稳定运行工况下的运行有所不同,使金属材料较早产生“疲劳”。
2.3 负荷调节幅度大带来的影响
2.3.1 尾水管内涡带产生压力脉动
  水轮机在部分工况下运行,尾水管内易产生涡带并形成水压脉动。混流式水轮机因其结构特点不可避免地会产生尾水管水压脉动,一般以水压脉动相对值不超过4%~7%为限,且通过补气以削弱尾水管水压脉动 ,水轮机运行负荷调节也多数是越过压力脉动区,进入相对工况较优的区域稳定运行。AGC运行中,因负荷调节幅度大,且有可能长期处于部分负荷区运行,则较强烈的水压脉动会对水轮机转轮及尾水管锥管产生不利影响,例如:顶盖振动、水导处大轴摆度增大、泄水锥脱落、尾水管进人孔门螺丝因疲劳而断裂,噪声增大 ,导水机构双联臂固定背帽松动,尾水管壁钢板和二期混凝土接合面脱空,钢板撕裂,补气短管断裂,中心补气阀弹簧断裂等等。这些破坏现象在多个水电厂内发生过,其中因补气装置损坏失效,反过来更加剧了尾水管内的水压脉动,破坏作用更大。
 
2.3.2 水轮机空蚀破坏增大
  水轮机长期在部分工况下运行,转轮叶片背面脱流和尾水管涡带真空为转轮叶片空蚀破坏提供了充分条件。原来叶片型线不好的水轮机空蚀加剧,原来叶片型线较好转轮也会在这种情况下产生空蚀破坏。
2.3.3 水轮机叶片进口脱流产生的叶道涡加剧叶片裂纹发生
  水轮机在部分工况下运行,导叶开度偏小,叶片进水边因正冲角变大造成脱流。如果导叶开度长期保持在50%aomax位置,转轮叶片进口脱流产生的叶道涡的作用比较明显;如果转轮叶片焊缝热影响区存在着焊接缺陷,产生叶片裂纹的可靠性就比较大。水电机组在水库高水位运行时,水轮机运行水头大于设计水头,按机组额定负荷运行时的导叶开度就达不到全开度,当按部分负荷运行时极易进入ao=50%aomar附近,存在水轮机转轮叶片产生裂纹的可能。

2.3.4 导轴承易产生抗重螺丝松动
  机组导轴承在振动区内运行,抗重螺丝容易被振松。如有些机组的橡胶水润滑水导轴承除上部固定螺丝外,下部还有一些顶紧螺丝(顶紧螺丝安装在顶盖上,顶紧水导下部)长期受机组振动影响后发生松动,继而影响水导轴承运行。有些机组装有分块油润滑巴氏合金轴承,抗重螺丝因径向力的增大和机组振动影响发生松动或者顶紧螺丝头部产生磨痕,使轴瓦运行中间隙变大,大轴摆度也因之产生变化。
  调相时关闭导叶,可以充气压水,使水轮机脱离尾水空转,而在AGC运行调节过程中使机组空载,导叶不会关闭而在空载位置,此时进行充气压水是徒劳的。
2.4 AGC
运行造成机组开关频繁投切
  因机组负荷变化大,机组开关频繁投切,发电机开关如SN4-10少油开关常发生触指松动、垫片、螺帽掉落、机架底座松动、拉杆断裂等异常现象。开关转换接点也经常因动作次数多而变动位置,造成机组开关合闸不到位等故障。
3 改进AGC运行状况的措施
    为适应电网市场化运行,提高电网整体效益,水电厂处于AGC运行的首要地位,应该查清AGC运行对设备带来的负面影响,采用积极措施,提高设备可靠性,适应电网AGC运行的需要。
3.1
对调度的负荷调节要求实行再分配
  以往的AGC运行由电网调度直接控制水电厂的各台机组,实行计算机监控系统运行后,可以使调度的负荷调节要求传递到水电厂控制中心,由控制中心按程序分配到机组上,让变动负荷集中到几台机组之中的某台机组上,尽可能使大多数机组少受因负荷频繁变化的影响,但厂内应至少有一台机组处于旋转备用状态,否则负荷响应的速动性要受到临时开机的影响。
3.2 淘汰老设备
  发电机开关在AGC运行中频繁投切,其中SN4-10开关结构设计陈旧,我厂运行20年来开关跳合次数与设计寿命相比,很不相称,在AGC运行要求下,应更新为可靠性高的SF6开关;压油装置和调相压气系统实际的运行条件也超过了原来的设计要求,可考虑增大压油槽体积、增大空气压缩机的容量。
3.3 改善和加强受力部件
  导轴承的抗重螺丝应在小修中多检查,或者改进抗重螺丝为楔子扳式顶紧轴瓦的型式。导叶轴套可更换耐磨性比较好的材料、导叶套筒的密封圈易断的部位可以加厚,或者改进橡胶材料,提高它的抗拉强度,减少和导叶轴颈的摩擦系数等。双联臂螺丝帽可增加防松垫片,反馈钢丝绳和滑轮之间可通过增大滑轮半径措施,减少钢丝绳弯折受力程度来减少磨断可能。
3.4 改进和提高补气短管中心补气阀的质量
  改进补气短管和中心补气阀的结构,保证它们的存在和有效工作,就能保证AGC运行机组在负荷变动时的正常补气,减少尾水管水压脉动的幅值。如果这两项补气装置失效,机组的设备受到损坏的可能性就会增加。
3.5 研究使用有较高平均运行效率的转轮
  以往比较注重转轮的最高效率和额定负荷附近的效率,现在面对AGC运行实践,机组长期在低负荷区运行,就希望机组在低负荷运行的大多数时间内有较高的运行效率,如果进行更新转轮的技术改造,就要提出这方面的要求。

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