黑河塘水电站1机组全水头
水电站基本知识
水电站基本知识1、什么是水电站？水电站枢纽的组成。
水电站是将水能转变为电能的水力装置，它由各种水工建筑物，以及发电、变电、配电等机械、电气设备，组成为一个有机的综合体，互相配合，协同工作，这种水力装置，就是水电站枢纽或者水力枢纽，简称水电站。
它由挡水建筑物、泄水建筑物、进水建筑物、引水建筑物、平水建筑物及水电站厂房等水工建筑物共7个部分组成，机电设备则安装在各种建筑物上，主要是在厂房内及其附近。
（1）挡水建筑物。
是拦截水流、雍高水位、形成水库，以集中落差、调节流量的建筑物，例如坝和闸。
（2）泄水建筑物。
其作用主要是泄放水库容纳不了的来水，防止洪水漫过坝顶，确保水库安全运用，因而是水库中必不可少的建筑物，例如溢流坝、河岸溢洪道、坝下泄水管及隧洞、引水明渠溢水道等。
（3）进水建筑物。
使水轮机从河流或水库取得所需的流量，如进水口。
（4）引水建筑物。
引水建筑物是引水式或混合式水电站中，用来集中落差（对混合式水电站而言，则只是集中总会落差）和输送流量的工程设施，如明渠、隧洞等。
有时水轮机管道也被称为引水建筑物，但严格说来，由于它主要是输送流量的，所以与同时具有集中落差和输送流量双重作用的引水建筑物并不完全相同。
有些水电站具有较长的尾水隧洞及尾水渠道，这也属于引水建筑物。
（5）平水建筑物。
其作用是当负荷突然变化引起引水系统中流量和压力剧烈波动时，借以调整供水流量及压力，保证引水建筑物、水轮机管道的安全和水轮发电机组的稳定运行。
如引水式或混合式水电站的引水系统中设置的平水建筑物如压力池或高压池。
（6）厂区建筑物。
包括厂房、变电站和开关站。
厂房是水电站枢纽中最重要的建筑物之一，它不同于一般的工业厂房，而是是水力机械、电气设备等有机地结合在一起的特殊的水工建筑物；变电站是安装升压变压器的场所；而开关站则是安装各种高压配电装置的地方，故也称高压配电场。
（7）枢纽中的其它建筑物。
此类建筑物指对于将水能转变为电能这个生产过程没有直接作用的船闸或升船机、筏道、鱼道或鱼闸以及为灌溉或城市供水而设的取水设施等。
黑河塘水电站引水隧洞围岩稳定性工程地质评价
坝 断裂所 围 限的长条 形 玉 瓦． 坪 地块 内， 南 断裂构
厚 ． 层 状 长石 石英 砂岩 、 质砂 岩夹 板 岩 及千枚 厚 钙 岩 ， 薄 层砂 岩 、 中一 粉砂岩 夹千 枚 岩 和板 岩 ， 板 状 薄 结 晶灰岩及 薄层钙质粉砂 岩 ； ０ ６＋ ４ ． ６＋１０— ４２９段
一
要有北东侧 的甘肃武都地震带 、 南西侧 的松潘． 平 武地震带和南东侧的龙门山地震带 。这三个地震
收稿 日期 ：０ ７０ －８ ２ ０ －３ ０
５。 Ｓ Ｌ ０ ～ ５ ， ０ Ｗ／ Ｗ ３ 。 ４ 。 岩体 中断层不甚发 育。
除层 面外 ， 结构 面 主要 表现 为一套 节理 裂隙 系统 ，
造不发育 ， 表现为一系列北西 向展布的褶皱构造。
电站枢 纽 工 程 位于 该 地块 内 的 陵江 一 龙 背斜 西 青
南翼 ， 区内无深大断裂发育， 结构相对完整， 新生 代以来一直处于间歇性整体抬升 ， 不具备发生破 坏性 地震 的地质 结构 条 件 ， 地 震 效 应 主要 受 外 其
张
摘
斌 ， 江 国 勇
（ 中国水 电顾问集 团成都勘测设计 研究 院 ， 四川 成都 ６ ０ ７ ） １０ ２
要： 黑河塘水电站引水隧洞地层岩性复杂 ， 过磨房沟段地下水 活动强烈 ， 存在 大量涌水。在 前期勘 察阶段 ， 针对其地质
条件 ， 结合室 内岩石物理力学试验成果 ， 制围岩基本质量的岩体强度 、 对控 岩体完整性 、 风化卸荷程度 ， 岩层 与隧洞轴线交角 等因素进行 了宏观初步分类 ， 建立 了一套适合 黑河塘水电站特点的初步分类标准 ， 并对主要工程地质问题进行 了分析评价。
水轮发电机组运行中剧烈振动的原因及处理
收稿日期：%#"* 5 #1 5 %# 作者简介：陈前荣（"9&$ 5 ） ，男，工程师，主要从事水轮发 电机设计工作。<=(>7?：@AB8C7>86D8EF"1!’@D(
运行与维护 针对这一故障，只能采取水轮发电机组停机的 方式，对整个机组进行全面的检查。在检查的过程 中，发现了很多的问题：水轮机底环固定螺栓发生 断裂，并且在水轮机底部还有很多松动的螺栓；由 于水轮机的螺栓存在着松动的现象，从而导致活动 导叶中间存在的间隙缩小，并且导叶臂也出现了错 位的现象；发电机的下机架基础板与下机架的联接 螺栓出现了松动的现象；联接定子机座与定子机座 基础板的联接螺栓，部分出现了松动现象；水轮机 水导轴承的支撑螺栓部分出现了松动。 通常情况下，水轮发电机组出现振动可能会有 ! 方面的因素，分别是电磁、水力以及机械。 从 " 号水轮发电机组出现故障的现状来看，刚 开始时，这台水轮发电机组的运行是正常的，但是 随着运行时间的增加，水轮发电机组所存在的安全 隐患慢慢暴露出来，并且所产生的振动越来越强 烈，甚至还影响到正常运行；因此，根据这一现 状，就可以将电磁原因排除。在对运行水头进行调 整之后，再打开水轮发电机组运行，发现依然会产 生振动，这也就说明导致水轮发电机组振动的因素 与水头高低关系不大。水力共振问题会因为转速的 不同而产生，因此，影响 " 号水轮发电机组产生振 动的因素还暂时不能将水力因素完全排除。 从整个水轮发电机组的构造来看，有 #" 个活 动导叶和 $# 个固定导叶，并且在生产时，还采用 了国外先进的技术和独特泵板结构的密封技术，这 些技术也同样运用在 $ % ! 号机组上；其余 ! 台机 组在运行的过程中都没有出现太大的问题。一般来 说，水轮发电机组由于设计缺陷、机械制造质量缺 陷、安装不当、维护不当等原因而导致振动的案例 相对较多，一般表现在转动部件间隙的分布不均 匀。维修人员在对 " 号水轮发电机组进行实际的测 试和检查之后，发现转轮的转动间隙在规定的范围 之内。经检测，导致振动产生的原因是导轴承之间 的间隙在机组运行了一段时间之后发生了改变，由 此加大了主轴的摆动幅度，这也就导致水轮发电机 组在运行的过程中，逐渐加大振动幅度，从而导致 机组无法正常运行。 在全面的检查以及仔细研究之后，采取了下面 几点措施来改善机组的振动故障：利用千斤顶来合 缝座环、底环以及抗磨板，并且利用电焊焊接技术 ・ +* ・
MB80 PLC在黑河塘水电厂自动化中的应用
数 字 量输 入模 块 的通 道 全 部采 用 光 电隔 离 ， 同时 具有 软件 滤 波功能， 每一 通道 可 以设置 相应 的 滤波 时 间 ， 以有 效地 避 免 因现 可
水江 流域 上 首个 开 发 的 电站 ， 黑河 塘 电站 采用 引水 式开 发 ， 面 厂 场 信 号抖 动 而产 生 的误 动作 信 号 。 地 数 字量 输 出模 块 采用 输 出 回路 密 码锁 设计 ， 过 模 块 的反 读 、 通 房 ， 程任 务 为发 电。 大 水头 １８４ 电站在 屯力系 统 叶承 担 基 工 最 ９ ．ｍ。 １
Ｈ各 方面 条件 成 熟后 将 过渡 到“ 人值 班 ” 无 的运 行模 式 。 ２ ＭＢ ０Ｐ Ｃ 功 能 特 点 ８ Ｌ
ＭＢ ０系列 Ｐ Ｃ 由 网 电力 科 学研 究 自动 控制 研 究 所 自主 设 ８ Ｌ
计 与研 发 ， 取 了国 际主 流 Ｐ Ｃ 的成 功经 验 ， 汲 Ｌ 改进 了其 不足 之 处 ，
模 拟量 采集 采 用 了飞 度 电容 的 设计 方 法 ，保 证 了 内部 电路 和 外 界干 扰 的绝 对 隔离 ， 大提 高 了采 集 精度 ， 大 限度 地 降低 了模 大 最
拟量 漂 移 。 温度 量 模块 设 计 突破 了 常规 温度 量模 块 所 有通 道 公用 一 路恒 流源 的 设计 ， 用 了先进 的每 路 独立 恒 流源 设 计 ， 采 因此 有 效地 避 免
以太 网支 持 远程 编 程 与调 试 。
２． 全 智 能 ＩＯ 设 计 和 一 系 列 安 全 性 、 靠 性 设 计 为 系 统 的 安 全 ４ ／ 可
可 靠 运 行 提 供 保 障
１ 黑 河 塘 水 电 站 简 介
黑河 塘 水 电站位 于 自水＃ 干 流一 级 支流 黑 河 下游 河 段 ，属 黑 【 河一 白水 江 水 电规 划 一库 七级 方 案 中的 第 四级梯 级 电站 ，也 是 自
黑河塘水电站首部枢纽技施设计中的风险控制
细化设计 、 与施工过程紧密结合 、 设计对工程施工 的质 量控制等措施 ， 进而对工程投资 、 进度 、 质量
等 进行 控制 。
首部枢纽 由泄洪闸、 冲沙闸、 、 左 右岸挡水坝
及 进水 口 等 建 筑 物 组 成 。拦 河 闸 坝 轴 线 总 长 １０ ０ｍ， ３． 坝顶 高 程 ｌ ８ ． 最 大 坝高 ２ ． ３５ｍ， ７ １５ｍ， 平 面布置 见 图 ｌ 。
中图分类号 ：Ｖ ２；Ｖ １ Ｔ ２ Ｔ ２３ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号：０ １２８ （０ ７）２０ ２ －３ １０ －１４ ２ ０ ０ －０ ８０
关键词 ： 总承包模式； 首部枢纽 ； 精细化设计 ； 设计变更； 黑河塘水电站 ； 风险控制
１ 前
言
黑 河塘水 电站工 程 由 中水顾 问集 团成 都 院以 集设 计 、 采购和 施 工 为 一 体 的 总承 包方 式 负 责 建 设 。其 中对施 工期 的勘测 设计 实施 以初步设 计 为
维普资讯
第２ ６卷第 ２期
２０ ０７年 ４月 四川 Nhomakorabea水
力 发
电
Ｖｏ． １２６．Ｎｏ ２ ． Ａｐ ．． ０ ７ ｒ ２ ０
Ｓｉｈｕａ ｃ ｎ
Ｗ ａｅ Ｐｏ ｒ ｔｒ ｗｅ
黑 河塘 水 电站 首部枢 纽技 施 设计 中的风 险控 制
模量和抗液化 能力都得到 了较好的改善 ， 使沉降 差在规 范允许 的范 围内 。
２３ 防渗设 计 ．
根据闸基及两岸渗透特性及水工建筑物布置 情 况 ， 着满 足 闸基 、 本 两岸 渗透 稳定 要求 及尽 量减
小渗流 流量 的原 则进行 防渗设 计 。 闸基 防渗 采用 闸基垂 直 防渗加 短 水 平 铺 盖 的防 渗 体 系 ， 岩 采 基
综评MEC系列励磁系统的维护检修
［ ］ 赵健龙 ． ２ 宝山电站励磁系统改造实施技术［］ 黑龙江水利科 Ｊ． 技，００３ （ ）７ ７ ２１ ， ４ ： ８ ５— ６ ［ ］ 姚景会， ３ 樊玉涛， 刘长丽 ． 西沟水电厂励磁系统的组成和技术
特点［］ 黑龙江水利科技 ， ０ ， （ ）５ Ｊ． ２ ８３ ４ ： ０ ６ ９
－ －—— —
２ ８７ －— － － —
此时运行方式将会 自 动转到恒 无功运行 方式 ， 且无 功被
限制住不再减少 ， 其值 不低 于发 电机 的允许 最低 进相值 ， 解 决办法 ： 发增 磁令即可 ， 当无功 回到正常 范围 内后 ， 自动转 回 原来设置 的运行方式 （ 默认 为机 端电压方 式） 。 ４ ４ 功率柜故 障 ．
则更换 ， 没有则检查厂用交直流 电源是否 已经送到端 子 。若
全部亮 ， 则观察 ４个数 字 电压表 的显 示是 否正 常 ， 交流 脉放
电源应该在 ２ ． ３５—２ ． （ ７ ５Ｖ 由厂用交流高低决定） 直流脉放 ，
电源应该在２ 左 右 ， 、 套工控 机电源均 在２ 左 右 ， ７Ｖ 一 二 ４Ｖ 若 以上均正常 ， 则察看一 、 二套工控 机故 障是表示全 部消失 ， 如 果没有消失 ， 请检查“ 逆变 ” 纽的灯是否亮着 ， 按 若亮着 ， 则再 次按下该按纽（ 注意 ， 该按纽带 自锁扣 ， 按下则亮 ， 再次 按下 ，
对 电厂 的 运行和维护极为有利 ， 为我厂今 后实现从 少人值 守
到无人值守创造 了有利 的条件 。
４ 常 见故 障的排 除
４１ 起励失败 ．
参 考文 献 ：
［ ］ 陆继 明， １ 毛承雄 ． 同步发电机微机励磁控制 ［ ． Ｍ］ 北京 ： 中国电
黑河塘水电站机组参数率定
黑河塘水电站机组发电运行参数率定试验测试报告四川中鼎科技有限公司2007年6月批准：审核：编写：罗琼芳1概述黑河塘电站位于阿坝州九寨沟县的白水江上，为引水式水电站，电站装有两台单机容量为43MW的立式水轮发电机组，机组的技术参数为：水轮机型号 HLD307C―LJ―205额定转速 428.6r/min飞逸转速 735r/min设计水头 178m设计流量 27.13m3/s额定频率 50Hz发电机型号: SF43—14/4250额定功率 43MW额定电压 13800kV额定电流 2116.5A额定励磁电压 195V额定励磁电流 990A额定功率因素 0.85水轮机和发电机均为东方电机股份有限公司生产制造。
受甲方邀请四川中鼎科技有限公司（以下简称乙方）于2007年5月23日至25日进行了1、2号机组发电运行参数率定试验。
2 试验依据和试验设备2.1 试验依据川电建[2006]613号文《四川并网水力发电机组启动投运前需完成相关性能试验的技术要求》2.2 主要试验设备及性能指标如下：TG2000系列水轮机调速器测试系统及相应软件，测试系统经在四川电力试验研究院电子室依据JJG602-96低频信号发生器检定规程进行检测，在45Hz～55Hz测量范围内不确定度为0.6×10-6，报告编号为：川电低频字第2007014号。
GFC-827011数字频率计数器，经在四川电力试验研究院电子室依据JJG349-2001通用计数器检定规程进行检测，在45Hz～55Hz测量范围内不确定度为0.6×10-6，报告编号为：川电低频字第2007001号。
3 测点安排测频信号：取自调速器机频信号，波形图中为红色波形。
有功功率信号：由乙方提供外接有功功率变送器（海盐博普生产型号为： MODEL：FPW201/0.2级），波形图中为绿色波形。
导叶开度信号：取自调速器柜导叶开度，波形图中为蓝色波形4试验内容4.1机组全停状态下，最快开机至可带负荷的时间（min）4.2一次最大可调整有功负荷ΔP及发令至调整到目标负荷水平的响应时间测试即从0—43MW负荷的时间4.3单机最大加、减负荷速度（MW/分钟）测试4.4从0—10MW—21MW—32MW—43MW负荷速度（MW/分钟）测试4.5从43MW—32MW—21MW—10MW—0负荷速度（MW/分钟）测试4.6相邻两次同向或反向加减负荷命令最短间隔时间测试4.7 试验水头下机组的最大过机流量及最大耗水率4.8试验水头下机组带25%、50%、75%级100%额定负荷的过机流量及耗水率4.9停机后最短可开机时间测试4.10开机后最短可关机时间测试5 1号机组试验结果(试验水头为：192米、195.14米、197.73米、198.8米)5.1 1机组全停机状态下，最快开机至带负荷的时间为3分58秒.见图1：机组开机至并网波形图。
黑河大孤山水电站引水隧洞设计与施工要点
喷射 混凝 土 的早强 和全 面粘 结性 。因而保 证 了支护 的及 时性 和有 效性 。并 根据 量测 数据 确定 二次 支 护 的 时间 ，使初 期支 护 与后期 衬砌 形成 一体 的组 合衬 砌形 式 ， 两 者共 同承担 荷载 ， 最 终达 到充 分发挥 围岩
层泥。 其 余断 层破 碎带 宽 度 ０ ． ２ ～ ３ ． ０ ｍ， 规模小 ， 对 洞
室 稳定 影 响较 大 。沿途 对发 电隧洞 有影 响 的冲 沟为
方 式 ，随机 锚 杆 采 用 ＋ ２ ５ ｉ ｎ ｏ， ｔ Ｌ ＝ ２ ． ５ ｍ，锚 杆 人 岩 ２ ． ３ ｍ． 喷混凝 土 的厚度 为 １ ０ ｃ ｍ． 二 次混 凝土 衬砌 厚 度 ２ ５ ｃ ｍ； 对 Ⅲ类 围岩 洞 段 ， 采用 系 统 锚杆 加 喷锚 支
山 水 电 站 引水 隧洞 采 用新 奥 法进 行 设 计 和 施 工 的 经验 和 体会 ， 以及 在 施 工过 程 中对 不 良地 质 条 件 的 处理 措 施 。
关键词 ： 大孤 山水电站 ； 引水隧洞 ； 新奥 法 ； 锚喷 ； 灌浆 中图分 类号 ： Ｔ Ｖ ６ ７ ２ ￣ ． １ ； Ｕ ４ ５ ５ 文献标志码 ： Ｂ 文章 编号 ： ２ ０ ９ ５ — ０ １ ４ ４ （ ２ ０ １ ４ ） ｌ １ － ０ ０ ５ ３ — ０ ２
・
施工技术 ・
黑河 大孤 山水 电站 引水 隧洞设 计与施工要点
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3
试验水头 192 米(上游水位：1775.05 米 ，尾水水位：1583.1 米)。 195.14 米(上游水位：1778.04 米 ，尾水水位：1582.9 米)。 197.93 米(上游水位：1780.37 米 ，尾水水位：1582.44 米)。 198.8 米(上游水位：1781.8 米 ， 尾水水位：1583 米)。
黑河塘水电站 1 号机组全水头 振区测试试验报告
四川中鼎科技有限公司 2007 年 6 月
黑河塘电站１号机组全水头振区测试试验报告
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批准：
审核：
பைடு நூலகம்
编写：罗琼芳
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1 概述 黑河塘电站位于阿坝州九寨沟县的白水江上，为引水式水电站，电站 装有两台单机容量为 43MW 的立式水轮发电机组，机组的技术参数为： 水轮机 型号 额定转速 飞逸转速 设计水头 设计流量 额定频率 HLD307C―LJ―205 428.6r/min 735r/min 178m 27.13m /s 50Hz
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振动在线分析系统 A/D 转换的性能指标如下： 模数转换精度 模数转换时间 通道数 输入信号范围 输出信号范围 16 位 10 微秒 16 －2V～-18V －5V～＋5V
测试分析系统直接完成对机组各部振动、摆度的位移测试，并对测试 结果进行实时幅值、频率、相位、频谱及轴心轨迹等内容的分析，满足国 标 GB/T8564—2003《水轮发电机组安装技术规范》的要求。 2.3 试验测点布置 试验测点布置依据 GB/T17189-1997《水力机械振动和脉动现场测试 规程》 ，具体布置如下： 摆度测点 上导摆度 下导摆度 水导摆度 振动测点 上机架水平振动 上机架垂直振动 发电机静子外壳中部水平振动 下机架水平振动 顶盖水平振动 -X、-Y -Y -Y -X、-Y -Y
图 61:空转工况全部测点波形图
30mm/每格
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图 62：空载工况全部测点波形图
30mm/每格
6.2 机组在带 6MW、18 MW 负荷运行中，上机架垂直振动受顶盖压力脉 动的影响有较大的增加，其值是 1.91 倍频幅值，不是转频幅值。见图 63、 图 64《带 18MW 上垂振、顶垂 1.91 倍频的波形及频谱分析图》 6.3 机组在带 21MW、24 MW、27 MW 负荷运行中，上级架垂直振动、顶盖 垂直振动及水导摆度均出现明显的 0.27 倍转频的涡带频率。 （新机启动的水 头是在 196.2 米时只有上垂才有以上频率出现， 但没有该水头下突出。 ） 见图 65—图 613《带 21MW、24 MW、27 MW 上垂振、顶垂振及水摆 0.27 倍转 频的勃形和频谱分析图》
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-X、-Y -X、-Y -X、-Y
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轴相位信号测点
-Y
以上共计 14 个测点。 各方向测点的安装与机组命名方向一致。 各振动 测点均安装在基础壁上作绝对测试，各摆度测点安装在机组机架或轴承盖 上作相对测试。 试验中的转轴相位为自编相位，与安装的盘车相位不一致。
3.1 3.2 3.3 3.4 4 4.1 4.2 5 5.1
试验工况 空转与空载的对比试验。 机组从 0—43MW 负荷的试验，按每 3MW 负荷递增进行录波测试。 必要说明 试验过程中，数据采集有一定随机性。数据均未经滤波处理，为通频
峰峰值。 5.2 报告中提供的示波图“……全部测点波形图”各测点幅值比例均为每 格 100μm。单个波形图其幅值比例标注在图形左侧。 5.3 转轴轴位信号为每转一个脉冲方波，在“……全部测点波形图”中它 设置在最上方，在单个波形图中均将其匹配显示，以直观分析机组出现的 低频水力振动。
3
发电机 型号: 额定功率 额定电压 额定电流 额定励磁电压 额定励磁电流 额定功率因素 SF43—14/4250 43MW 13800kV 2116.5A 195V 990A 0.85
水轮机和发电机均为东方电机股份有限公司生产制造。 1 号机组于 2006 年 12 月 31 日正式投入运行。为了更好的指导机组在 全水头下的安全稳定运行，受甲方邀请四川中鼎科技有限公司（以下简称
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乙方）于 2007 年 5 月 23—5 月 26 日分别对黑河塘电站 1 号机组进行 4 个 水头下的振区测试试验。
2 试验依据和试验设备 2.1 试验依据 验收试验按国家标准 GB/T8564—2003《水轮发电机组安装技术规范》 要求的有关规定执行。 2.2 试验设备 2.2 主要试验设备及性能指标如下： 16 套 1套 1套
2.3.1 TRIN002 型电涡流式传感器 2.3.2 FTS2000 水力机组现场测试分析系统 2.3.3 自主研发的数据采集和水力机组振动分析系统
设备经在中国测试技术研究院依据 JJG1096-2002 检定的示值误差为 ±0.06%的《GWB-200B 高精度位移标定器》上率定。溯源检定证书号为： 长仪字第 200701076 号，其使用有效期限至 2007 年 12 月 16 日。传感器、 变换器、FTS2000 测试仪、数据采集器、微机振动分析系统联机试验，其 性能指标如下： 非线性误差 分辨率 漂移及滞后 传感器量程 传感器输出范围 <1%FS 1μm <0.5%FS/24h 室温 ±1mm -2V～-18V
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6 试验水头为 192 米时（上游水位为 1775.05 米，尾水水位为 1583.1 米） 6.1 在空转和空载对比试验中，机组除下机架水平振动略有增加外，其他 的振动、摆度幅值无明显变化，说明机组基本不存在磁力不平衡的现象。 见图 61 《空转工况全部测点波形图》 。 见图 62： 《空载工况全部测点波形图》 。