淺談電站技改后水輪機異常調整分析

摘要：電站技術改造后，重新整合有可能會引起振動，需要通過多方面地進行分析，采取有針對性的措施來降低機組的振動，對水輪發電機機組的安全穩定運行有著重要的意義。本文以陸河縣南萬鎮合水水電站為例進行探討，說明了機組的相關參數和電氣試驗，綜合多方面因素來對水輪發電機機組在改造后發生的振動異常問題進行解決。

關鍵詞：水輪發電機;振動;電氣試驗;軸線;動平衡;分析

0 引言

我市大部分水電站始建于60、70年代，由于當時的技術條件，水輪機等設備超負荷運行至今，且設備零件已短缺，造成許多設備無法正常運行。隨著我國的經濟發展，小型水電站技術改造項目提到日常議題。在水電站的運行當中，水輪發電機機組發揮了重要的作用，因為各種原因，經常需要對其進行改造施工，但是在改造完成后容易出現振動問題，如何找到振動的起因并從多方面來解決振動問題成為了工作人員需要解決的問題。下面結合實例對此進行討論分析。

1 概述

合水水電站的水輪機組在更新改造的時候對轉輪水力功能進行了升級轉換，改造后的轉輪結構與原來不同，葉片個數發生變化，徑向方向正負差值增加;這些變化致使機組安裝后振動大、擺度大。涉及原因十分多，主要是部件的變更和重新裝配，改變了機組固有頻率，從而引起振動。根據經驗確定如下處理方案：對轉子做電氣試驗，檢測磁拉力，調整氣隙間距;機械方面入手，轉子外圓同軸度的測量和修正;對機組聯軸后軸線進行調整分析;現場整體做低速動平衡試驗，增減平衡塊，從外因上減小振動，降低軸瓦溫度。

2 機組相關參數

水輪機基本參數如下：額定轉速ns=300r/min，機組轉環直徑Dh=700mm，聯軸法蘭直徑Df=480mm，轉環至法蘭長度Lf=3 150mm，轉環至水導軸承長度Ld=5400mm。按照《水輪發電機組安裝技術規范》（GB 8564-1988）的規定，250～350r/min的機組，發電機上、下導軸承處軸頸及法蘭處允許的相對擺度為0.02mm/m，水導軸承處軸頸允許的相對擺度為0.04mm/m。故對于本機組，法蘭處允許最大擺度為φb=3.150×0.02=0.063mm，水導允許最大擺度為φc=5.400×0.04≈0.22mm。

3 電氣試驗

3.1 轉子各狀態時交流阻抗測量

（1）在靜止狀態下，主出線短路時的交流阻抗如下所示（見表1）。

表1 主出線短路時的交流阻抗

（2）在靜止狀態下，主出線開路時的交流阻抗如下所示（見表2）。

表2 主出線開路時的交流阻抗

（3）主出線短路，在各導葉開度下，動態交流阻抗如下所示（見表3）。

表3 動態交流阻抗

（4）主出線短路，在導葉開度28%的條件下升高轉子電壓如下所示（見表4）。

表4 轉子電壓

從上述測試數據來看，未發現磁極有匝間短路現象，故排除電氣原因引起振動。由于定子、轉子間隙只有3mm，從轉子外圓直徑方向看，出廠前加工尺寸已是設計值的公差下限。如果定子有圓度偏差或定轉子的同心度存在偏差，將會造成磁場拉力分布不均勻，從而產生振動。鑒于目前轉子圓度已很好，下一步調整定子的圓度和同心度是關鍵。

4 轉子各配合檔及外圓同軸度的測量和修正

將發電機轉子返廠定位在12m臥車上，測定推力頭檔和法蘭止口數據后，發現下導滑轉子外圓和轉子外圓確有偏心，重新加工處理;其中編號5、6、7、8極沒有車出，4、9極剛擦到，其余極車去最大0.4m。目前尺寸為φ1423.6mm，滑轉子外圓重新加工。

5 機組軸線的測量及調整

5.1 發電機單盤車時主軸軸線的測量

對發電機主軸軸線進行測量，檢查主軸與鏡板的不垂直度，測出它的大小數值和方向，便于通過有關組合面的處理，使各部位擺度符合規范要求（見表5）。在上導軸頸及法蘭（或下導）處，沿圓

周均勻劃8等分線，上、下兩部位的等分線均在同一方向上。根據表1數據得上導處的全擺度：

φa5-1=-1-1=-2、φa6-2=-2-1=-3

φa7-3=-1-1=-2、φa8-4=0-0=0

法蘭處的全擺度：

φb5-1=0-（-12）=12、φb6-2=8-（-24）=32

φb7-3=-1-（-19）=18、φb8-4=-7-（-11）=4

法蘭處的凈擺度：

φba5-1=12-（-2）=14、φba6-2=32-（-3）=35

φba7-3=18-（-2）=20、φba8-4=4-0=4

如果沒有其他因素干擾，則法蘭8點凈擺度數值是1條正弦曲線，并可以在正弦曲線中找到最大擺度及其方位（見圖1）。但在這次測量中，有許多其他因素干擾，使正弦曲線不規則。第一次正弦曲線發生較大變化，說明數值不可靠。有兩種原因導致：一是測量錯誤，二是盤車時軸線發生變化。在排除測量錯誤后，發現推力卡環有松動，緊固后重盤車得到表1數據，并繪出法蘭凈擺度坐標曲線，此圖基本上為正弦曲線，最大擺度在“6”點，其值為：j=φba6-2/2=0.035/2=0.175mm。

圖1 法蘭凈擺度坐標曲線

5.2 絕緣墊的刮削量

軸線的處理方法是刮削調整推力頭與鏡板之間的絕緣墊（也可加薄銅片）（見圖2）。根據2個三角形相似，最大刮削量：

式中，δ為絕緣墊或推力頭底面的最大刮削量;φba6-2為法蘭處最大凈擺度;D為轉環直徑;L為轉環至法蘭的距離。

表5 發電機組單獨盤車記錄"""""""""" 0.01mm

沿絕緣墊最大擺度方向做一中心線，按此中心線等分6個刮削區（見圖3），再按比例確定每一刮削區應刮削的厚度。1區為0.036、2區為0.03，以此類推，最后2處不刮削，而用細沙布修磨。刮墊后再次盤車，法蘭凈擺度：φba5-1=0、φba6-2=-1、φba7-3=-3.5、φba8-4=-2.5。對照規范要求，法蘭擺度值已在允許范圍。

5.3 聯軸后盤車時主軸軸線的測量及調整

根據聯軸盤車數據作出法蘭和水導的凈擺度曲線，并用前述方法計算出最大擺度值和方向。發現法蘭最大擺度方位在7點，擺度值φba=0.02mm，水導軸頸的最大擺度方位在2點，擺度值φca=0.7mm（見圖4）。二者不在同一方向，說明軸線有立體曲折，從轉環到法蘭偏向7點，從法蘭到水導折向2點。根據規范要求，法蘭擺度合格，水導擺度超標，需要調整。這也是設備安裝和檢修中，發電機單盤車后經常碰到的情況。水導擺度超標，可以在法蘭接觸面加薄銅片進行處理。加墊后盤車，水導凈擺度為φca1-5=2、φca2-6=8、φca3-7=12、φca4-8=10，均在允許范圍內，從而完成了軸線調整。

圖4 軸線曲折示意

6 現場動平衡

當通過軸線的調整后，該機組的振動大幅度降低，但是還沒有達到規范要求，此時需進行平衡試驗;即在轉子的風扇環位置加上或減去一定數量的平衡塊，來減少轉子的慣性主軸與旋轉軸線的偏離，使轉子系統的振動降到容許范圍內。平衡的作用就是減少轉子的撓曲、降低機組的振動并減少軸承及基礎的動反力，保證機組安全平穩可靠的運行。具體方法是將傳感器安裝在軸承座上，測量水平、垂直方向的振動值。此外在軸上還需要作一個標記，此標記通過光電傳感器時，產生一個電壓脈沖;此脈沖作為相位的參考標記，便于確定安裝配重的角位置。將振動、相位信號分別接入EN—900振動監測故障分析儀器進行智能數據采集，并使用其自帶的動平衡軟件進行分析，得到配重大小和方位如下所示（見圖5、表7）。二次動平衡后，振動值合格。

表7 機組現場轉子動平衡試驗數據

7 結語

綜上所述，對水輪發電機機組的振動進行分析處理時，可以先采用電氣試驗，再分析轉子的圓度或定轉子的同心度是否存在偏差而造成的磁場拉力分布不均勻，引起振動，觀察軸線的情況，找出原因然后針對實際情況采取相應的措施，最大限度的處理水輪發電機機組的振動問題。

參考文獻：

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[2]姚澤，黃青松，徐廣文，闞偉民.楓樹壩電廠增容改造后機組振動故障處理[J].水電能源科學，2010年第2期.