江西洪屏抽水蓄能電站1號機組振動分析與處理

唐擁軍，周喜軍

(國網新源控股有限公司技術中心，北京100161)

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江西洪屏抽水蓄能電站1號機組振動分析與處理

唐擁軍，周喜軍

(國網新源控股有限公司技術中心，北京100161)

洪屏抽水蓄能電站1號機組在啟動調試初期出現了機組振動過大和軸承瓦溫過高的現象，為此開展了軸瓦間隙調整和動平衡配重工作。在軸瓦間隙調整后，上、下導軸承瓦溫得到改善；在動平衡配重后，機組振動與主軸擺度變得較小。

1號機組；振動；主軸；動平衡；瓦溫；洪屏抽水蓄能電站

1 工程概況

江西洪屏抽水蓄能電站位于江西省靖安縣境內，電站裝機容量1 200 MW，為周調節純抽水蓄能電站。擔負江西電網和華中電網的調峰、填谷、調頻、調相、事故備用等運行方式。設計年發電量17.43 億kW·h，年發電利用小時數1 453 h。電站共安裝4臺單機容量300 MW的混流可逆式水泵水輪機-發電電動機組，水泵水輪機采用上拆方式，發電電動機為懸式機組。電站裝設一套變頻啟動裝置(SFC)作為水泵工況的主啟動裝置，背靠背作為電站備用啟動方式。

電站1號機組于2016年3月進入整組啟動調試，整組調試第一次開機啟動時發現機組存在振動過大，瓦溫過高的現象。于是后續對機組開展了動平衡配重和軸瓦間隙調整等處理工作。本文就1號機組的振動分析與調試期間開展的相關處理工作進行介紹。機組基本參數見表1、2。

表1 水泵水輪機基本參數

型式額定出力/MW額定水頭/m額定流量/m3·s-1額定轉速/r·min-1凈水頭/m水泵工況揚程/m最大最小最大最小吸出高度/m混流可逆式30654062.5500564520577539-70

表2 發電電動機基本參數

型式水輪機工況額定容量/MV·A電動工況額定容量/MW額定調壓范圍發電/水泵工況加權平均效率/%立式可逆式同步電機333.332518%±5%98.7/98.94

2 振動測試與分析

2.1 動不平衡分析

1號機組利用蓄水初期上庫少量水量進行了水輪機方向轉動，來檢查機組轉動碰磨和振動擺度情況。水輪機方向機組緩慢升速過程，機組振動與主軸擺度幅值變化趨勢如圖1所示。主軸擺度與機組振動先隨著轉速的上升而明顯增大，機組轉速升至65%nr運行幾分鐘后，上導與下導擺度幅值出現了明顯地下降，然后再隨著轉速地上升而增大，轉速升至86%nr時，上導、下導與水導擺度幅值分別為110、104、67 um，上機架水平振動幅值為173 um，上機架垂直振動幅值為91 um。機組運行40多分鐘，上導與下導出現瓦溫過高現象，為防止燒瓦機組停機。

機組轉速快，主軸與軸瓦間油膜摩擦的線速度大，導致瓦溫迅速升高，瓦溫升高后，發生熱膨脹現象，使得軸瓦間隙變小，從而出現上導與下導擺度幅值減小。根據上述結果，可以判定機組轉動部件明顯存在不平衡質量，另外，上導與下導軸瓦間隙偏小，需進行軸瓦間隙調整與動平衡配重工作。

第一次開機最高轉速為86%nr，未到100%nr轉速，因此，停機后暫時只對軸瓦間隙進行放大調整，未進行動平衡配重，處理后進行了第二次開機，此次最高轉速升至了95%nr，95%nr時上導、下導與水導擺度幅值分別為348、325 um及108 um，上下機架水平振動幅值分別為283 um和74 um。可見機組振動明顯過大，不過瓦溫上升情況比上次得到好轉。

2.2 動平衡配重方法[1]

由測試結果可知，轉動部件存在不平衡質量，需進行動平衡配重，動平衡配重采用幅相影響系數法，原理如下：配重前測得初始振動矢量A0，然后停機加上試加質量P，再次開機后測得由P和不平衡質量的合成質量引起的振動矢量為A01，則試加質量P引起的振動為

A1=A01-A0

(1)

由此可得出幅相影響系數為

K=A1/P=(A01-A0)/P

(2)

根據A0即可計算出應配質量

M=-A0/K

(3)

續配質量

MC=-A1/K

(4)

圖1 機組升速過程主軸擺度與上機架水平振動幅值變化趨勢

2.3 動平衡配重處理

水輪機方向空轉結束后，進行了一次配重，因磁極引線對面沒有預配重，于是在磁極引線的對面進行了一次配重，配重方案見表3，各配重方案后的振動擺度幅值統計見表4。配重后水泵方向啟動，利用SFC(靜止變頻裝置)拖動機組至100%nr。此時機組振動仍然很大，其中熱態下上導擺度、下導擺度與上機架水平振動幅值分別為298、219、 204 um，還需進行配重處理。

考慮到磁極引線合成質量約為170 kg，另外機組為懸式機組，在轉子下部配重對減小下導擺度有好處，于是后來將配重方案修改為4號主力筋上部30 kg，5號主力筋上部142 kg，下部10 kg。此次配重后水泵方向SCP工況，上機架水平振動幅值冷態為25 um，熱態為27 um，上機架垂直振動幅值冷態為21 um，熱態為36 um，下機架水平振動幅值冷態為27 um，熱態為24 um，下機架垂直振動幅值冷態為6 um，熱態為8 um，機組振動已較小。另外，上下機架水平振動幅值冷熱態變化不大，上機架垂直振動熱態比冷態略大；不過，上導擺度冷態幅值為159 um，熱態幅值為275 um，下導擺度冷態幅值為338 um，熱態幅值為182 um，可見上導與下導擺度幅值還偏大，且冷熱態幅值變化較大。針對機組振動與主軸擺度在冷態與熱態下的幅值不一致，分析原因如下：①機組轉速高，軸瓦受熱量大，發生熱膨脹現象，導致軸瓦間隙縮小；②軸承座、上下機架、大軸受熱后，其剛度發生不一致性的微小變化；③發電機轉子可能發生不一致性的熱變形，導致重心發生微小改變。

由于主軸擺度還偏大，需進一步優化配重方案，為此對多種工況下的不平衡質量相位進行了分析，結果見表5。因水導擺度小，在配重分析中未考慮。結果發現各工況下的不平衡質量相位不完全相同，最后選定300 MW熱態下的不平衡質量相位(見圖2)作為配重基準，上次配重方案中，轉子下部配重較輕，下導擺度下降不多，此外，上導擺度也減小不多，于是增加轉子下部質量，并改變配重方位，后來將配重方案修改為4號主力筋上部115 kg，5號主力筋上部80 kg，6號主力筋下部90 kg。此次配重后，發電方向300 MW熱態下，上導擺度與下導擺度幅值分別為89 um和156 um。發電調相熱態下，上導擺度與下導擺度幅值分別為111 um和162 um，此外，機組振動也較小。可見此次配重后很好地解決了不平衡質量引發的機組振動問題。

表3 配重方案

方案配重及工況一4號主力筋上部30kg;5號主力筋上部30kg;SFC拖動100%nr二4號主力筋上部30kg;5號主力筋上部142kg;5號主力筋下部10kg(抽水調相工況)三4號主力筋上部115kg;5號主力筋上部80kg;6號主力筋下部90kg(發電工況)

表4 配重后機組振動擺度統計

方案一方案二方案三冷態熱態冷態熱態300MW熱態發電調相熱態上導+X53829815927589111下導+X402219338182156162水導+X806381494851上機架水平26320425273840上機架垂直281921362818下機架水平614827242121下機架垂直13106866

表5 不平衡質量相位統計 (°)

注：不平衡質量相位為鍵相塊起始逆時針角度。

圖2 不平衡質量相位

3 結 論

(1)機組振動(尤其上機架水平振動)隨著轉速的上升明顯增大，轉動部件明顯存在不平衡質量。

(2) 發電機轉子上部的磁極引線會造成轉子質量不平衡，若轉子疊片時沒有考慮磁極引線造成的不平衡質量，則動平衡配重的方位一般在磁極引線的對面。

(3)機組振動與主軸擺度在冷熱態下的幅值不一致，可能與機組結構部件發生熱變形及剛度改變有關。

(4)利用幅相影響系數法，很好地解決了轉動部件不平衡質量引發的機組振動過大問題。

(5)本機組振動測試分析與處理可以為別的電站碰到類似問題時提供技術參考。

[1]唐擁軍， 潘羅平， 李立罡. 幅相影響系數法在旋轉機械動平衡中的應用[C]∥ 水電設備的研究與實踐——第十七次中國水電設備學術討論會論文集， 2009．

[2]張夢禾， 陳喜陽， 張潤時. 三峽左岸6號機組振動分析及量化征兆提取策略[J]. 水力發電， 2012， 38(4)： 24- 27．

[3]裴大雄， 趙正洪. 高壩洲水電站3號機組振動分析及處理[J]. 水力發電， 2002(3)： 61- 62．

[4]徐擎天， 陳垣熙， 孫建平， 等. 萬安水電站3號機組振動分析[J]. 水力發電， 2007， 33(2)： 94- 97．

(責任編輯 焦雪梅)

Analyses and Treatment on Vibration of Unit 1 of Hongping Pumped-storage Power Station

TANG Yongjun, ZHOU Xijun

(Technology Center of State Grid Xinyuan Company Ltd., Beijing 100161, China)

Excessive vibration and high bearing pad temperature of Unit 1 in Hongping Pumped-storage Power Station are appeared in the early commissioning stage. For solving above problems, the gaps between guide bearing pads are adjusted and the dynamic balance test are carried out. As a result, the temperature of upper and lower guide bearing pad is lowered, and the vibration of unit and the run out of main shaft become smaller．

Unit 1; vibration; main shaft; dynamic balance; bearing pad temperature; Hongping Pumped-storage Power Station

2016- 06- 20

唐擁軍(1979—)，男，湖南祁陽人，高級工程師，主要從事水電機組整組調試、故障診斷、信號分析與處理工作．

TV734(256)

A

0559- 9342(2016)08- 0087- 03