偏相干分析在水电站振动传递路径识别的应用

    某大型水电站装有四台单机容量为302.5 MW的水轮发电机组,其型号为HLA 286 a,设计水头59.4 m,最大、最小水头分别为68.5 m和37 m,转轮名义直径D1为8 m.四台机组于1992年9月至1995年6月陆续投运.随着电站蓄水水位的提高(水头H>64 m)及#2和#3机投运,机组除了在小负荷区(90～120 MW)尾水管出现强烈的低频压力脉动,在大负荷区(200 MW以上),机组和厂房,特别是发电机间ý174层楼板出现强烈的振动.楼板的强烈振动曾使发电机间ý174层的机旁盘保护柜压板松动掉落而引起误动,导致机组事故停机,危及电厂的安全运行.

    为解决该大型水电站的振动问题,本文论述了多输入多输出系统相干函数分析模型,设计了多输入多输出系统常相干和偏相干函数的计算程序,最后分析研究了厂房发电机间楼板等结构发生强烈振动的主要振源及其传递路径.

    1　多输入多输出系统相干分析模型

    对于多输入多输出系统,各个输入之间是互相关联的,如只考虑输入之间的相互作用,而认为输出是互相独立的,则多输入多输出系统又可分解为多个多输入单输出系统.对于图1(a)所示的多输入单输出系统,由于输入之间有相互作用,要研究某一个输入对输出的贡献就必须先把其它输入的影响除去,即通过引入条件输入的概念把图1(a)转为不相关的条件多输入单输出模型如图1(b).

    电站厂房强振及振动传递路径识别主要以#3机组段为研究对象,把整个研究对象包括机组、水工建筑结构、厂房结构等作为一个多输入多输出系统来进行研究,即把强振的主要表现处如发电机间ý174层楼板、天车牛腿梁上部、上游副厂房楼板和下游副厂房楼板等结构部分的振动量作为系统的输出,把上下机架基础、座环、ý164层立柱的根部等部位的振动量以及蜗壳、顶盖、尾水管等处的压力脉动量都作为系统的输入.首先进行振动初测,摸清厂房强振的原因以及对大坝等水工建筑的影响,在强振工况时探明ý174层发电机间楼板、上下游副厂房的主要结构处的振动分布情况,以最大振动点作为输出评价点.最后确定发电机间ý174层楼板上的3个点、天车牛腿梁上部的1个点、上游副厂房楼板和下游副厂房楼板各1个点,将此6点作为系统的输出.试验时,压力脉动用ADS型和BP型压力传感器拾取,厂房结构及基础振动用891型低频速度传感器及配套放大器(为国家地震局工程力学研究所产品),机组振动用丹麦B&K加速度传感器及B&K2635电荷放大器,大轴摆动用电涡流位移传感器.全部传感器在试验前均进行标定.总共布置了52个输入测点,即建立了一个有52个输入和6个输出的分析模型,测试通道达58路之多,采用外加直流电脉冲信号的方法使三台日本TEAC磁带记录仪、一台英国V Stone磁带记录仪和一台日本SONY磁带记录仪同步记录,为进行偏相干分析作好测试信号准备.