“这些年以市场换技术，抽水蓄能电站关键技术还没有真正的弄通，这些技术的上马可以预见到机组与厂房振动问题会密集出现。要充分利用机组的在线监测系统和检修对重点部位进行排查，振动问题要及早进行研究和治理。”中国水利水电科学研究院工程设计研究中心总工程师李金伟在2018年智慧电厂论坛（第二期）【分论坛二：智慧检修与安全监控（含新能源）】专题解读《抽水蓄能电站机组与厂房振动研究》时表示。北极星电力网全程对会议进行直播，如需了解更多的会议直播，请联系微信号：13693626116
李金伟：各位专家各位朋友大家上午好，非常荣幸有这个机会向大家汇报和交流一下我们社研究中心这些年开展的工作，抽水蓄能电站作为电网主要的调节单元这些年发展的非常快，也在发展过程当中出现了一些问题，因此我今天讲的这个比较具体一点。
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从三个方面进行汇报，先介绍一下我们研究的背景；二、介绍我们研究的方法和案例分析；三、结语
截至去年年底，我国已经建成和在建的抽水蓄能电站共61座，总装机容量67675.5兆瓦，其中运行容量28765.5兆瓦，在建容量38910兆瓦。因此可以说，抽水蓄能电站在咱们国家无论是从电站数量还是装机容量现在已经是位居世界第一了。而且后续现在每年基本上有4-5个电站在规划准备建设，所以发展的非常快。2012年发布的电力行业标准，《水利水电工程达标投产验收规程》，现在助推了抽水蓄能机组运行小时数的快速增长，由此带来了机组和厂房振动问题进一步的凸显。实际上现在很多电站白天所有机组早晚高峰的时候都在发电，晚上在抽水，因此它的利用小时数非常高。
在12年之前，在蓄能电站出现的一些比较典型的振动问题，如图是07年11月宜兴一号机组从抽水调相工况转抽水工况过程中到水机构发生剧烈振动，导致大部分活动倒叶上下硅臂之间的摩擦片发生滑动，1只失控的活动导叶与固定导叶发生碰撞，经过后来的研究妥善解决了问题。
16年9-7事故在水电行业里面比较清楚，回龙的抽水蓄能电站两台机组在甩负荷过程中，水轮机顶盖把合螺栓出现了脆断，顶盖抬起发生水淹厂房的事件，所幸无人伤亡。这个事件在国能南网掀起了一股排查安全隐患的热潮，尤其是顶盖螺栓这一块。
还有咱们的蓄能电站由于长时间高频振动出现了立柱的贯穿性裂纹，因此机组和厂房振动问题现在越来越受到行业内的关注。
我们这些年开展了一些方面研究振动问题，主要有以下几个，包括动平衡试验、振动、摆度、压力脉动以及噪声试验，现在对水泵水轮机来说，随着运行小时数的增加，有些叶片已经出现了微裂纹，在转动应力试验上也开始研究论文问题，包括球阀的动水关闭试验、水泵水轮机绝对效率试验、相同效率试验、厂房振动试验和动力响应计算分析、顶盖与座环联接的试验等等。
下面展示一下我们开展的工作，振动、拜度、压力脉动及噪声试验，我们布置了传感器。如图是江西洪屏电站开展的试验。还有水轮机绝对效率试验运用的热力学率布置了测压传感器。如图是采用的超声波的方法，是通过测量压力引水钢管的流量测试它的绝对效率试验；还有水轮机相同效率试验，就是咱们常说的指数法。
现在厂房振动现在也有比较成熟的方法，在厂房的楼板包括立柱上安装振动传感器进行测试，而且现在我们测量大型的，相当于强度跟刚度比较大的立柱、局部楼板的固有频率都用重锤法都可以测试它的频率。
厂房动力响应计算分析，我们这几年通过研究抽水蓄能电站机组与厂房振动也形成了一套自己的利用全模型建模的计算方法，以前由于受到计算机条件的限制，咱们往往是采用局部建模或者单个的，比如立柱以前有些是要把它单独拿出来建模然后设置边界条件的，现在我们可以通过整体建模把网格数划的多一些，因为现在的计算能力没有问题，我们最近开展的几个项目都是在天河上进行计算，节点多一点没有问题。整体建模有个好处，它的边界条件可以跟实际更吻合更接近。
如图是我们开展的浙江仙居电站顶盖联接螺栓强度的研究。
下面我着重借用我们这些年相对来说比较成功的按理说说我们开展的研究工作和研究思路。这个工作是在张河湾抽水蓄能电站开展的研究。张河湾电站投产以来一直有强烈的振动和噪声问题，而且振动强烈到什么地步，因此导致设备端子、板卡、螺栓松动，振动部件磨损、疲劳，影响设备的安全稳定运行。张河湾电站意识到这个问题之后，邀请我们去现场进行了考察，后来我们建议它，问题已经非常严重了，要立项开始进行研究。振动强烈，最起码的思路是要找到振动的主要频率，我们开始在电站厂房的楼板、立柱和基础上安装振动传感器进行测试，首先要探明厂房振动的主要频率是什么，经过我们的测试看的很明显，它的振动里面含有50赫兹、100赫兹的频率，其中50赫兹的频率非常明显和干净。张河湾电站有个特点，转素是333.3转/分钟，叶片数是9，活动导叶数是20，因此它的叶片过滤频率正好是50赫兹，两倍的叶片过滤频率是100赫兹，根据水电站行业里面动静干湿的理论，90叶片和20导叶进行配对，正好2倍的过滤频率会比较强一点。因此把主要的机振频率找到了。再通过在机组上布置传感器进一步分析它的激振源是从哪儿来的，咱们知道激振源肯定来自机组，机组不运行的话机组和厂房都不会振动。
我们测试的信号分析显示，在机组内部它的压力脉动，尤其是无叶区里面有比较明显的50赫兹、100赫兹的成分，而且在窝壳进口包括顶盖下面都有这个成分，说明无叶区这一块的压力脉动向上下游进行了传递，而且复值比较大。因此可以断定它的激振源是无叶区压力脉动。咱们知道水电机组，从机组的力传递到混凝土上面有两个地方最主要，一个是顶盖，因为顶盖是坐在座环上面通过螺栓摆合，还有一个是通过窝壳，它通过外面的混凝土把力量传递出去。
因此通过这个试验分析我们找到了激振源，现在有个问题，为什么会引起厂房结构这么大的振动，尤其是逐步的构件？因此我们当时有个想法，是不是逐步构件跟激振源的主要频率有点接近，有没有共振的可能性？尤其是水轮机层的立柱，因为当时我们也现场感受了一下，用手放在上面摸都有一种麻振的感觉，因此我们在上面布置了传感器进行固有频率的测试，测试结果跟我们的设想是比较吻合的，上面的固有频率跟100赫兹非常接近，因此水轮机层的立柱是存在比较明显的共振现象。立柱一旦产生共振，因为立柱是镶嵌在楼板中间的，所以它的振动剧烈会带动整个楼板有个很强的牵连振动，因此它的楼板振动也会非常强烈。
张河湾的工作，我们想既然这个项目要做还得有个前瞻性，电站一旦设计投产之后如果发现这个问题再来根治，付出的成本会比较大，有没有一种可能我们通过建立一套行之有效的方法，在后续的电站，比如它的设计阶段我们来进行共振的复核，进行一些局部结构的优化。因此我们对它的整体进行的建模、计算，整体建模之后通过数字计算的方法能不能验证到它的局部构件的固有频率跟测试的结果进行对比，相当于是把我们这一套方法进行完整的，既有试验也有数字计算的方法。采用的是整体建模的方法，整体建模它的边界条件跟实际情况吻合的非常好，后来我们也详细比较了计算和测试结果，结果显示这两者吻合的比较好，通过这项工作，后续又接着在辽宁和深圳抽水蓄能电站应用到了这种方法，来做它的局部构件的共振复核和局部构建的优化设计。
通过上述工作，尤其是张河湾主要得到几点结论：1、通过这个试验一整套的方法明确了引起机组与厂房振动的激振源为无叶区高幅值压力脉动；2、机组负荷高于20万千瓦时的时候，厂房局部构件尤其水泥机层立柱存在共振现象，由此加剧了厂房楼板的振动。3、本项目研究成果为张河湾抽水蓄能电站更换转轮提供了技术支撑。因为已经建成投产了，激振源找到了只有一种方法就是更换转能更换转能之后把激振源的能量降下来，因为激起楼板的振动是需要很大能量的，虽然它的固有频率可能改变不了，但是要想把它激振起来，只要激振源的能量减低了，振能也会转换很多。今年3月份它进行了更换，它现在的振动水平是更换转能之后是更换转能之前的40%左右，包括它的无叶区压力脉动混能幅值，下降了60%，效果是非常显著的。由此可以看出来，虽然付出的代价比较大，每个转能都是上千万，四台机组都要更换，但是从长远看总的代价还是花的比较值的。4、本项目引发了行业对无叶区压力脉动的进一步认识和关注，也促进了厂房赊购设计更加注重局部构件的共振复核，推动了厂房结构设计标准的修订和补充。这是这个项目最大的作用。
最后说说总结：抽水蓄能电站，咱们国家上马这么快，实际上里面关键的技术还没有完全彻底的弄通弄懂，这些年以市场换技术，这些关键技术还没有真正的弄通，这些的上马可以预见到机组与厂房振动问题会密集出现，只不过行内有些小问题悄悄解决了。我这儿有个建议，要充分利用机组的在线监测系统和检修对重点部位进行排查，重点部位尤其是顶盖，因为回龙事故出来之后一直非常关注，也不允许再出现水淹厂房的事件了。还有检修的时候要查一下转能，因为现在运行小时数之后，转能的微裂纹发现的早要实施处理，如果等它不断的扩大，尤其有些时候在一些电站里面出现过转能叶片突然脱落的情况。
机组与厂房是个耦合系统，设计阶段除了开展厂房整体共振复核外，还必须要避免局部构件出现共振现象；先前早些年的标准对局部构件都不是特别的重视，只重视厂房整体只要不出现共振就可以了，现在来看还要关注局部构件不要出现共振现象。
振动问题要及早进行研究和治理。实际上振动问题，很多时候咱们电厂应该会很早就发现一些异常现象，只不过以前往往是由于生产的需求一拖再拖，先发电或者先满足电网的调度，越拖就越难处理。
（发言为电力头条App根据速记整理，未经本人审核）
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