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    某抽水蓄能电站球阀动水关闭球阀的平安分析

    品种:蛋阀 | 笔者:张飞 唐拥军 王国柱 | 通告日期:2018-08-10 15:59:43

        蛋阀是缩短蓄能电站 的重点设施之一,伊根本有三个用途:①蓄能机组发生异常时通过球阀截断水流,即动水关闭球阀,避免事故扩大;②蓄能机组检修时通过球阀阻挡水流以保护检修安全;③与调速器紧密配合,参与调节保证以降低水锤压力,减轻水力振荡。
         蛋阀的平安对伊作用的落实具有重大作用,所以运行中球阀振动、压力脉动等稳定性参数的研讨对保护电站安全稳定运行具有特殊关键的切实可行意义,故我国正式对大中型电站的进水阀就有明显的技艺要求。当前,缩短蓄能电站竣工投产之后也均要求开展动水情况下的蛋阀关闭试验,以判断球阀的动作特性是否满足设计要求并对伊稳定性进行考察。

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    1、考试基本标准

    1.1 课题组参数

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        某抽水蓄能电站安装4台单机容量为250MW的单级混流可逆式水泵水轮发电机组,电站最大毛水头/扬程346m,最小毛水头/扬程291m,水轮机工况额定水头305m。电站每台机组均装设一台球阀用于停机时截断水流。水泵水轮机转轮叶片数为9,定点导叶数为26,课题组额定转速为333R/min。 本文来自hot88竞技官网

    1.2 蛋阀参数 copyright junjinmaoyi.com

        借鉴方法:卧轴双面密封,两个单作用液压缸式接力器油压操作;蛋阀直径:2450mm;计划压力:5.2MPa;考试压力:7.8MPa;蛋阀尺寸:3200mm×6000mm×4600mm;开始时间:62s;关闭时间:61s;活门重量:36.5t;阀体重量:37.6t;检修密封操作方法:水压操作;干活密封操作方法:水压操作;密封投入压力:≥3.0MPa;生产厂家:ALSTOM;蛋阀总重:87.3t;旁通阀型式:针式阀门;旁通阀直径:200mm。蛋阀采用双接力器进行操作,男篮器行程1940mm,干活体积300L/个,计划压力7.0MPa。

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    1.3 高考系统描述

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        2015年10月,由国网新源控股有限公司技术中心实施了电站3#课题组动水关闭球阀试验。为探测球阀关闭过程中机组及球阀稳定性参数,对机组的颠簸、摆度、压力脉动和球阀的颠簸、移步、压力脉动进行了同步采集,采访率为1kS/s。课题组测点见图1所示,蛋阀测点见图2所示,希冀3与憧憬4送出了卓越测点布置的人像。

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    课题组测点布置图 本文来自hot88竞技官网

    希冀1 课题组测点布置图 junjinmaoyi.com

    蛋阀测点布置图 junjinmaoyi.com

    希冀2 蛋阀测点布置图 copyright junjinmaoyi.com

        考试所用传感器参数为:速度传感器采用本特利生产的330505型低频速度传感器,难度20mV/mm/s,频响范围0.5~1000Hz(-3.0dB)、1~200Hz(-0.9dB);速度型位移传感器采用豪瑞斯生产的MLS/V-9型搅拌器,难度为8mV/um,频响范围为0.5~600Hz(-3dB);电涡流位移传感器采用本特利330180型搅拌器,难度8V/mm,频响范围0~10kHz(-3dB);压力传感器采用通用生产的PTX5072型搅拌器,精度为±0.2%,频响范围0~5kHz(-3dB)。

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    课题组振动与摆度测点实例

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    希冀3 课题组振动与摆度测点实例 hot88竞技官网

    蛋阀振动测点实例 情节来自junjinmaoyi.com

    希冀4 蛋阀振动测点实例

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        考试采用两套采集仪器进行同步采集,分别为ADRE408DSPi和QuantumXMX840A-P。采访精度可以达到24位A/D。全方位试验平台如图5所示。 情节来自junjinmaoyi.com

    现场试验采集平台

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    希冀5 现场试验采集平台 本文来自hot88竞技官网

    1.4 水文条件 昆明普惠斯

        动水关闭球阀试验前机组带满负荷运转,上风水位800.32MSL,上游水位472.65MSL,毛水头327.67m。 copyright junjinmaoyi.com

    2、短时傅里叶变换

        傅里叶变换在信号分析中具有极其重大的企图。风的傅里叶变换是一种对时域信号的完全变换,不方便处理非平稳信号。为抑制傅里叶变换在时域局部化方面的欠缺,1946年D.GABOR谈起了研讨非平稳信号的暂行傅里叶变换或大门口傅里叶变换,在稳定水平上实现了时域和频域局部化。 copyright junjinmaoyi.com

        短时傅里叶变换的沉思是:在风傅里叶变换的框架中,把非平稳信号看成是多元短时平稳信号的附加,而临时性则通过在时域上的加窗实现,并通过平移参数来掩盖整个时域。设h(t)是主导位于τ且宽度有限的窗函数,对于给定的非平稳信号s(t)∈L2(R),信号s(t)的暂行傅里叶变换定义为

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    (1)

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        由短时傅里叶变换的模式可见,出于窗函数h(t)的时移和频移使短时傅里叶变换具有了一部分特性,她既是时刻之函数又是频率的函数。对于给定的时节t,S(t,w)可视为该时刻的一些频谱,即原信号在t时光附近τ时光内的傅里叶变换。 昆明普惠斯

        短时傅里叶变换的窗函数很多,适用的窗函数有:圆浑窗、汉宁窗、海明窗、高斯窗和布莱克曼窗等。出于高斯函数是成套函数中时频集聚性最好的函数,所以本文采用高斯窗函数进行加窗分析。 hot88竞技官网

    3、数据分析

        动水关球阀试验前机组带满负荷运转,经调度允许后开始试验。在球阀机旁盘启动球阀关闭流程,蛋阀开始关闭,课题组功率减小至一定值后,断路器动作,课题组甩负荷,继而调速器动作,导叶快速关闭,课题组停机。全方位过程见图6所示。独立的课题组振动、摆度及压力脉动测点时域波形图见图7所示。

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    动水关球阀过程中转速、有功功率、蛋阀与导叶开度 昆明普惠斯

    希冀6 动水关球阀过程中转速、有功功率、蛋阀与导叶开度 junjinmaoyi.com

    转轮与底环间、蛋阀垂直振动和水导摆度时域波形图

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    希冀7 转轮与底环间、蛋阀垂直振动和水导摆度时域波形图

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        由图6能够:蛋阀动水关闭试验中,蛋阀控制系统在吸纳关闭命令后,蛋阀行程线性减小,这时由于存量的回落导致输入水力矩减小和发电机输出功率逐渐滑坡,同时转轮入口水流速度回落进而导致水泵水轮机偏离最优工况点,并引起通流部件内压力脉动的明显上升,同时导致球阀及机组的祥和参数恶化(见图7)。上述现象一直持续到导叶接近全关处,所以这是一番典型的非稳态过程。为贯彻对这一过程中机组、蛋阀的平安参数的有效性分析,使用前述的暂行傅里叶变换对实测信号进行分析。

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        对转轮与底环间压力脉动、蛋阀本体振动和水导摆度信号采用短时傅里叶变换进行分析,时频图结果分别见图8、希冀9和图10所示。根据信号的征集频率,频谱分析最高频率为500Hz,考虑到信号中的高频成分幅值很小,所以本文分析频谱中的最大分析频率为200Hz,以便对其中的低频成分进行考察,同时也便于观测两倍叶片过流频率。

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    转轮与底环间压力脉动短时傅里叶变换 本文来自hot88竞技官网

    希冀8 转轮与底环间压力脉动短时傅里叶变换 hot88竞技官网

    蛋阀垂直振动的暂行傅里叶变换 junjinmaoyi.com

    希冀9 蛋阀垂直振动的暂行傅里叶变换 hot88竞技官网

    水导摆度的暂行傅里叶变换

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    希冀10 水导摆度的暂行傅里叶变换 copyright junjinmaoyi.com

        由图8~希冀10能够,蛋阀在动水关闭前机组各个测点均有明确的100Hz频率成分,在稳态分析时这一频率误识别为机组的极频振动导致。在动水关闭球阀后至停机过程中,这一较高频率成分随机组的转折降低而降低,而在课题组停机过程中由于转子没有励磁电流,发电机出口断路器断开,这时机组的颠簸主要由机械因素和电力因素所决定,电气化电气因素影响机组振动。由机械因素所确定的颠簸主要表现为转频及其较低的倍频成分,所以停机过程中这一与转速有密切相关的效率成分应为水力因素所激发。穿过提取这一频率成分并绘制其与机组转速的关联,结果如图11所示。由图11能够,辨认到的这一频率成分与机组的转折成线性关系,考虑到水泵水轮机叶片数9,该频率成分恰为9倍转频的两倍,即两倍叶片过流频率,这一振动频率符合动静干涉所导致振动频率特征。所以在稳态工况下的100Hz频率成分亦主要为两倍叶片过流频率而非极频。

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    辨认到的两倍叶片过流频率 hot88竞技官网

    希冀11 辨认到的两倍叶片过流频率

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        为进一步探究两倍叶片过流频率的传递情况,分手在稳态工况下绘制转轮与底环压力、转轮与顶盖间压力、尾水进口压力、蜗壳进口压力、蛋阀上游侧压力测点的频谱图,并对频谱根据以下原则进行归一化: 情节来自junjinmaoyi.com

        步骤1 分手获得每个测点的频谱数据,并提取相应的两倍叶片过流频率幅值;

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        步骤2 计算全部测点两倍叶片过流频率幅值的最大值,以该最大值作为基础进行归一化操作;

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        上述操作本质上是对两倍叶片过流频率幅值进行的归一化,计算结果见图12所示。在归一化时,出于转频的倍频成分较100Hz大幅度值大,所以绘图处理时,名将大于1的宽度值部分强制为1。

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    压力脉动测点频域图

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    希冀12 压力脉动测点频域图 情节来自junjinmaoyi.com

        由图12能够,蛋阀上游钢管、蛋阀下游侧、蜗壳进口,转轮与底环压力脉动中平均存在较强的两倍叶片过流频率幅值,这说明该频率成分在河体内具有向上游侧传播的特点。而在转轮下游侧测点上,两倍叶片过流频率极其微弱,这可以说明为产生于转轮进口侧的两倍叶片过流频率在经过转轮后可以衰减,转轮及水体对两倍叶片过流频率具有很大的脉冲;一头这也检查了两倍叶片过流频率产生于转轮进口侧,而非转轮出口侧所产生。有必不可少指出转轮与导叶间压力脉动由于测量时经过长引水管非直接测量,出于水体的脉冲特性,信号采样中的实测两倍叶片过流频率幅值表现偏弱。产生于转轮进口侧的两倍叶片过流频率成分在传播时不可避免的在各级通流部件上将产生高频振动,同时向其他转动及固定部件传递。课题组摆度、振动及球阀振动的频谱结果见图13~15所示,希冀13~希冀15的多寡归一化方式与憧憬12相同。 hot88竞技官网

        由图13能够,在课题组摆度测点反应上,水导走近振源、其次导次之、上导最远,濒临振源处的两倍叶片过流频率幅值随着距离的附加而减弱。在课题组垂直振动测点反应上,也影响出了同样的规则(见图14),即:顶盖位置处靠近转轮导致两倍叶片过流频率对应幅值明显强于副机架、定子基座及上机架,随着距离振源的附加而衰减。蛋阀处测点也具有基本类似之规则(见图15)。同时球阀基础也监测到了较强的两倍叶片过流频率成分,这说明该频率成分已经向厂房传递,这也说明了为什么该抽水蓄能电站厂房振动中含有较强的100Hz成份。 昆明普惠斯

    课题组摆度测点频域图 hot88竞技官网

    希冀13 课题组摆度测点频域图

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    课题组垂直振动测点频域图

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    希冀14 课题组垂直振动测点频域图

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    蛋阀径向振动测点频域图 junjinmaoyi.com

    希冀15 蛋阀径向振动测点频域图 情节来自junjinmaoyi.com

    4、总结

        本文采用短时傅里叶变换方法,针对某抽水蓄能电站机组稳定运行及动水关闭球阀经过中机组与团阀的平安参数进行了分析,研讨结果表明:

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    1. 稳态工况下该两倍叶片过流频率与机组的极频相互叠加,造成机组的颠簸进一步加大。
    2. 产生于转轮进口侧的两倍叶片过流频率具有发展传播的特点,且随着距离的附加而衰减;该频率成分向厂房传播造成了厂房振动增大。
    3. 出于短时傅里叶变换具有很好的频域聚焦能力,能够较好的商用于动水关闭球阀过程中机组及球阀的性状频率的提取。
    4. 穿过对比稳态过程与团阀动水关闭过程两倍叶片过流频率随机组转速的转移,确认了100Hz振动主要是两倍叶片过流频率。
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