天一電廠3號機(jī)組穩(wěn)定性試驗(yàn)分析及處理

鄧必剛

（貴州省天生橋一級水電開發(fā)有限責(zé)任公司水力發(fā)電廠，貴州安龍562400）

天一電廠3號機(jī)組穩(wěn)定性試驗(yàn)分析及處理

鄧必剛

（貴州省天生橋一級水電開發(fā)有限責(zé)任公司水力發(fā)電廠，貴州安龍562400）

主要對天生橋一級水電開發(fā)有限責(zé)任公司水力發(fā)電廠（簡稱"天一電廠"）3號水輪發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性方面問題及相關(guān)過程進(jìn)行分析，并通過有效處理措施，減小了機(jī)組振動和擺度，對機(jī)組長期穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

發(fā)電機(jī)組；穩(wěn)定性；試驗(yàn)；分析處理

1 概述

（1）天生橋一級水力發(fā)電廠（以下簡稱天一電廠）位于貴州省安龍縣和廣西壯族自治區(qū)隆林縣交界處的紅水河上游南盤江上，電站共裝4臺單機(jī)容量為300 MW的水輪發(fā)電機(jī)組。

（2）天一電廠發(fā)電機(jī)型號SF300－44/12440，為立式三相同步發(fā)電機(jī)，具有靜態(tài)可控硅勵磁系統(tǒng)和全封閉雙路徑向自循環(huán)空氣冷卻系統(tǒng)，水力發(fā)電機(jī)組為三導(dǎo)半傘式結(jié)構(gòu)。

（3）2014年11月至2015年3月對3號水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了A級檢修。此次3號機(jī)組A修完成了預(yù)期目標(biāo)，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性較好，即振動、擺度較好的地滿足相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求，特別是上機(jī)架振動滿負(fù)荷時在50μm以下。但仍然存在較大的電磁不平衡力，盡管通過配重抵消了轉(zhuǎn)子上的電磁不平衡力對機(jī)架振動的影響，但定子外殼振動信號仍然偏大稍微超標(biāo)。

2 3號機(jī)組穩(wěn)定性方面出現(xiàn)的主要問題

（1）3號機(jī)組自99年11月投運(yùn)發(fā)電后，就存在上、下導(dǎo)擺度與上機(jī)架振動大的問題。振動大，動負(fù)荷也大。2000年1月下旬因機(jī)組擺度與振動增大而停機(jī)檢查，檢查中發(fā)現(xiàn)下導(dǎo)有3塊支柱螺絲墊塊的部分固定螺絲斷裂。一個下導(dǎo)瓦支柱螺絲球面頭裂成6塊。下游方向下導(dǎo)座圈與筋板的焊縫有穿透性裂紋。上導(dǎo)9塊支柱螺絲墊塊兩固定側(cè)有嚴(yán)重裂紋。處理后仍然偏大：在300 MW滿負(fù)荷工況下，上機(jī)架水平振動由0.52 mm減小為0.11 mm；上導(dǎo)擺度由0.98 mm減小為0.20 mm；下導(dǎo)擺度由0.72 mm減小為0.44 mm。

（2）2006年11月11日至2007年2月12日對3號機(jī)組進(jìn)行A修，通過對轉(zhuǎn)子圓度及磁極等問題的處理，對機(jī)組中心、水平、高程調(diào)整，軸瓦間隙調(diào)整，消除了引起機(jī)組振動擺度超標(biāo)的原因，機(jī)組各部擺度、振動均有大幅度下降，達(dá)到國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求；機(jī)組各部導(dǎo)軸承水溫、油溫、瓦溫正常。

（3）2011年4月11日至2011年4月26日，對3號機(jī)組進(jìn)行常規(guī)小修，本次小修，主要是通過將上導(dǎo)部位由+X向-X方向平移0.33 mm，由+Y向-Y方向平移0.15 mm，下導(dǎo)部位由+X向-X方向平移0.10 mm，由+Y向-Y方向平移0.09 mm，將機(jī)組中心找正，解決軸承中心不對中的問題。

（4）2013年12月3日至2013年12月22日小修，主要是消除機(jī)組振擺超標(biāo)缺陷，通過對3號機(jī)組進(jìn)行穩(wěn)定性試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析，確認(rèn)是3號機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起機(jī)組振擺超標(biāo)。對3號機(jī)組轉(zhuǎn)子進(jìn)行了配重處理，第一次配重2×48 kg，第二次配重2×25kg，通過配重，機(jī)組振擺下降明顯，見表1：

表1 3號機(jī)組配重前后的振動與擺度 單位:mm

3 3號機(jī)組穩(wěn)定性問題原因分析

（1）3號機(jī)組自投運(yùn)以來，運(yùn)行穩(wěn)定性一直存在一些問題，主要調(diào)整手段是調(diào)中心、調(diào)軸線、調(diào)瓦間隙和配重，也對轉(zhuǎn)子圓度及磁極等問題進(jìn)行過處理。每次檢修調(diào)整都是有顯著效果的。但是運(yùn)行一段時間后，振動、擺度又逐漸變大。

（2）機(jī)組振動擺度隨時間而變化，質(zhì)量不平衡力和磁拉力不平衡力也隨時間而變化（見表2）。每6～7年作一次配重處理和其他處理，每次配重重量都比較大。可能是由磁軛的變化所引起，磁軛的變化可能引起比較大的不平衡力；磁軛的變化有可能是緩慢地隨時間而變化，轉(zhuǎn)子圓度圖的變化（如圖1，圖2）可能說明磁軛變化的發(fā)生。

表2 質(zhì)量不平衡力和磁拉力不平衡力發(fā)展趨勢統(tǒng)計

圖1 輪子上部圓度對比分析

圖2 輪子下部圓度對比分析

（3）機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性指標(biāo)是外特性，是綜合性的指標(biāo)，如果機(jī)組穩(wěn)定性問題單純，采取前敘主要調(diào)整手段針對性使用，就可以很好的解決問題。但3號機(jī)組穩(wěn)定性問題是一個復(fù)雜的綜合性問題，所以機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性問題一直存在。

（4）從3號機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性的歷史情況看，機(jī)組存在如下的問題與特點(diǎn)：存在一定的質(zhì)量不平衡；存在較大電磁不平衡；存在水力渦帶不平衡；三部導(dǎo)軸承也存在一定的中心不對中；由于導(dǎo)軸瓦支撐結(jié)構(gòu)和瓦間隙調(diào)整的方式，會存在運(yùn)行中瓦間隙發(fā)生變化，發(fā)生俗稱的“喘氣”現(xiàn)象。

總而言之，當(dāng)上述問題同時存在的時候，單一的、簡單的、直接處理效果及其持續(xù)性就有限。例如：質(zhì)量不平衡和電磁不平衡同時存在，且相位有較大的差別時，配重過程就很麻煩，很理想的效果就可能達(dá)不到，因?yàn)橄嗷ブg是有一定的矛盾的。

4 3號機(jī)A修中穩(wěn)定性處理過程和采取的措施

（1）拆機(jī)前對機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性進(jìn)行測試和分析。

（2）針對電磁不平衡力問題，通過對轉(zhuǎn)子圓度及磁極等問題的處理，對機(jī)組中心、水平、高程調(diào)整，處理后的氣隙和定子圓度滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求。

（3）配重與瓦間隙調(diào)整過程

1）首先針對3號機(jī)組振動、擺度和定子外殼振動大的問題，將上導(dǎo)和下導(dǎo)瓦間隙進(jìn)行調(diào)整收小，結(jié)果是：上導(dǎo)擺度顯著減小，但是上機(jī)架和定子外殼振動問題沒有解決，甚至更大一點(diǎn)，盡管油溫和瓦溫沒有惡化。通過穩(wěn)定性測試數(shù)據(jù)分析表明：機(jī)組振動、擺度和定子外殼振動信號主要成分是一倍頻，因此配重是必須的工作。

2）放大上導(dǎo)和下導(dǎo)瓦間隙，減小三部導(dǎo)軸承不對中的蹩勁，讓一倍頻充分顯示出來進(jìn)行運(yùn)行測試，據(jù)此進(jìn)行配重，配重后效果不好。

3）仔細(xì)分析前兩次調(diào)整配重測試各工況的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：盡管機(jī)組振動、擺度和定子外殼振動信號主要成分都是一倍頻，但是空轉(zhuǎn)狀態(tài)下擺度與機(jī)組振動和定子外殼振動信號一倍頻相位是一致的，空載加勵磁狀態(tài)下擺度與機(jī)組振動和定子外殼振動信號一倍頻相位不一致。由此說明機(jī)組同時存在質(zhì)量不平衡和電磁不平衡，配重需要針對性。針對質(zhì)量不平衡選擇空轉(zhuǎn)擺度信號進(jìn)行失重量計算，針對電磁不平衡采用空載加勵磁狀態(tài)下機(jī)架振動信號進(jìn)行等效失重量計算，經(jīng)過兩次配重后，機(jī)組振動擺度無論是空轉(zhuǎn)或是空載加勵磁都滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，特別是上機(jī)架振動達(dá)到較好的預(yù)期。

4）再次配重，希望各項指標(biāo)能更好，由于質(zhì)量不平衡與電磁不平衡相位的不一致的矛盾，振動擺度測試數(shù)據(jù)反而惡化。

5）最后采用3）的方案，機(jī)組各項振動、擺度指標(biāo)較好，進(jìn)一步進(jìn)行并網(wǎng)前各項試驗(yàn)，較好地達(dá)到所要求的效果。這個配重方案是一個綜合考慮方案，兼顧質(zhì)量不平衡和電磁不平衡。

5 3號機(jī)組穩(wěn)定性方面的后續(xù)問題

（1）3號機(jī)組A修完成了預(yù)期目標(biāo)，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性情況表現(xiàn)較好，即振動、擺度滿足相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求，特別是上機(jī)架振動滿負(fù)荷時在50μm以下。

（2）從機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)優(yōu)化調(diào)整的角度來看，3號機(jī)組的穩(wěn)定性主要還存在以下方面的問題：

1）仍然存在較大的電磁不平衡力。盡管通過配重抵消了轉(zhuǎn)子上的電磁不平衡力對機(jī)架振動的影響，但在定子和轉(zhuǎn)子零部件上承受的電磁力，使定子外殼振動稍偏大。

2）仍然存在一定的質(zhì)量不平衡力。這種質(zhì)量不平衡同時抑制和抵消機(jī)組發(fā)電時產(chǎn)生的電磁不平衡力。

3）天一電廠機(jī)組上機(jī)架是剪力承載結(jié)構(gòu)，剛性相對較小。

4）水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪運(yùn)行時有或多或少的水力渦帶發(fā)生，不利于機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

5）定子機(jī)座振動超標(biāo)的主要頻率為轉(zhuǎn)速頻率，即一倍頻，其主要影響因素為定轉(zhuǎn)子不同心；次要因素為二倍頻，其主要影響因素為定子不圓度較大。在今后機(jī)組檢修中考慮調(diào)整定轉(zhuǎn)子同心度，盡量減小定子機(jī)座振動的一倍頻成分；重新處理定子圓度之前，嘗試測量定子熱變形數(shù)據(jù)，以便更好的處理定子不圓度問題。

6 結(jié)束語

3號機(jī)組A修后，通過穩(wěn)定性試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)分析，滿足國家相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求。特別是通過配重兼顧質(zhì)量不平衡和電磁不平衡后，顯著減小了上機(jī)架的振動，各部振動、擺度均較好，對機(jī)組長期穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

TV734

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1672-5387（2017）04-0048-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.04.014

2016-07-27

鄧必剛（1971-），男，工程師，從事水輪發(fā)電機(jī)組檢修工作。