天一電廠3號(hào)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(jí)水電開(kāi)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(hào)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(jí)水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司水力發(fā)電廠，貴州安龍562400）

主要對(duì)天生橋一級(jí)水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司水力發(fā)電廠（簡(jiǎn)稱(chēng)"天一電廠"）3號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性方面問(wèn)題及相關(guān)過(guò)程進(jìn)行分析，并通過(guò)有效處理措施，減小了機(jī)組振動(dòng)和擺度，對(duì)機(jī)組長(zhǎng)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(jí)水力發(fā)電廠（以下簡(jiǎn)稱(chēng)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(pán)江上，電站共裝4臺(tái)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(hào)SF300－44/12440，為立式三相同步發(fā)電機(jī)，具有靜態(tài)可控硅勵(lì)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(duì)3號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了A級(jí)檢修。此次3號(hào)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(dòng)、擺度較好的地滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求，特別是上機(jī)架振動(dòng)滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)在50μm以下。但仍然存在較大的電磁不平衡力，盡管通過(guò)配重抵消了轉(zhuǎn)子上的電磁不平衡力對(duì)機(jī)架振動(dòng)的影響，但定子外殼振動(dòng)信號(hào)仍然偏大稍微超標(biāo)。

2 3號(hào)機(jī)組穩(wěn)定性方面出現(xiàn)的主要問(wèn)題

（1）3號(hào)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(dòng)大的問(wèn)題。振動(dòng)大，動(dòng)負(fù)荷也大。2000年1月下旬因機(jī)組擺度與振動(dòng)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(gè)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(mǎn)負(fù)荷工況下，上機(jī)架水平振動(dòng)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(duì)3號(hào)機(jī)組進(jìn)行A修，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子圓度及磁極等問(wèn)題的處理，對(duì)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(dòng)擺度超標(biāo)的原因，機(jī)組各部擺度、振動(dòng)均有大幅度下降，達(dá)到國(guó)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(duì)3號(hào)機(jī)組進(jìn)行常規(guī)小修，本次小修，主要是通過(guò)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(duì)中的問(wèn)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(guò)對(duì)3號(hào)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(hào)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(duì)3號(hào)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(guò)配重，機(jī)組振擺下降明顯，見(jiàn)表1：

表1 3號(hào)機(jī)組配重前后的振動(dòng)與擺度 單位:mm

3 3號(hào)機(jī)組穩(wěn)定性問(wèn)題原因分析

（1）3號(hào)機(jī)組自投運(yùn)以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定性一直存在一些問(wèn)題，主要調(diào)整手段是調(diào)中心、調(diào)軸線(xiàn)、調(diào)瓦間隙和配重，也對(duì)轉(zhuǎn)子圓度及磁極等問(wèn)題進(jìn)行過(guò)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(shí)間后，振動(dòng)、擺度又逐漸變大。

（2）機(jī)組振動(dòng)擺度隨時(shí)間而變化，質(zhì)量不平衡力和磁拉力不平衡力也隨時(shí)間而變化（見(jiàn)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?？赡苁怯纱跑椀淖兓?，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(shí)間而變化，轉(zhuǎn)子圓度圖的變化（如圖1，圖2）可能說(shuō)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(shì)統(tǒng)計(jì)

圖1 輪子上部圓度對(duì)比分析

圖2 輪子下部圓度對(duì)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(wèn)題單純，采取前敘主要調(diào)整手段針對(duì)性使用，就可以很好的解決問(wèn)題。但3號(hào)機(jī)組穩(wěn)定性問(wèn)題是一個(gè)復(fù)雜的綜合性問(wèn)題，所以機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題一直存在。

（4）從3號(hào)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(wèn)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(duì)中；由于導(dǎo)軸瓦支撐結(jié)構(gòu)和瓦間隙調(diào)整的方式，會(huì)存在運(yùn)行中瓦間隙發(fā)生變化，發(fā)生俗稱(chēng)的“喘氣”現(xiàn)象。

總而言之，當(dāng)上述問(wèn)題同時(shí)存在的時(shí)候，單一的、簡(jiǎn)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(shí)存在，且相位有較大的差別時(shí)，配重過(guò)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(hào)機(jī)A修中穩(wěn)定性處理過(guò)程和采取的措施

（1）拆機(jī)前對(duì)機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試和分析。

（2）針對(duì)電磁不平衡力問(wèn)題，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子圓度及磁極等問(wèn)題的處理，對(duì)機(jī)組中心、水平、高程調(diào)整，處理后的氣隙和定子圓度滿(mǎn)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(guò)程

1）首先針對(duì)3號(hào)機(jī)組振動(dòng)、擺度和定子外殼振動(dòng)大的問(wèn)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(dòng)問(wèn)題沒(méi)有解決，甚至更大一點(diǎn)，盡管油溫和瓦溫沒(méi)有惡化。通過(guò)穩(wěn)定性測(cè)試數(shù)據(jù)分析表明：機(jī)組振動(dòng)、擺度和定子外殼振動(dòng)信號(hào)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(duì)中的蹩勁，讓一倍頻充分顯示出來(lái)進(jìn)行運(yùn)行測(cè)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(cè)試各工況的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：盡管機(jī)組振動(dòng)、擺度和定子外殼振動(dòng)信號(hào)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(dòng)和定子外殼振動(dòng)信號(hào)一倍頻相位是一致的，空載加勵(lì)磁狀態(tài)下擺度與機(jī)組振動(dòng)和定子外殼振動(dòng)信號(hào)一倍頻相位不一致。由此說(shuō)明機(jī)組同時(shí)存在質(zhì)量不平衡和電磁不平衡，配重需要針對(duì)性。針對(duì)質(zhì)量不平衡選擇空轉(zhuǎn)擺度信號(hào)進(jìn)行失重量計(jì)算，針對(duì)電磁不平衡采用空載加勵(lì)磁狀態(tài)下機(jī)架振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行等效失重量計(jì)算，經(jīng)過(guò)兩次配重后，機(jī)組振動(dòng)擺度無(wú)論是空轉(zhuǎn)或是空載加勵(lì)磁都滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，特別是上機(jī)架振動(dòng)達(dá)到較好的預(yù)期。

4）再次配重，希望各項(xiàng)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(dòng)擺度測(cè)試數(shù)據(jù)反而惡化。

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

5 3號(hào)機(jī)組穩(wěn)定性方面的后續(xù)問(wèn)題

（1）3號(hào)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(dòng)、擺度滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求，特別是上機(jī)架振動(dòng)滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)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(lái)看，3號(hào)機(jī)組的穩(wěn)定性主要還存在以下方面的問(wèn)題：

1）仍然存在較大的電磁不平衡力。盡管通過(guò)配重抵消了轉(zhuǎn)子上的電磁不平衡力對(duì)機(jī)架振動(dòng)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(dòng)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(shí)抑制和抵消機(jī)組發(fā)電時(shí)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(duì)較小。

4）水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪運(yùn)行時(shí)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(dòng)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(dòng)的一倍頻成分；重新處理定子圓度之前，嘗試測(cè)量定子熱變形數(shù)據(jù)，以便更好的處理定子不圓度問(wèn)題。

6 結(jié)束語(yǔ)

3號(hào)機(jī)組A修后，通過(guò)穩(wěn)定性試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)分析，滿(mǎn)足國(guó)家相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求。特別是通過(guò)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(dòng)，各部振動(dòng)、擺度均較好，對(duì)機(jī)組長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

TV734

B

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。