關于都江堰玉堂電站機組異常振動的原因分析

張 靜 余建軍 / 四川水利職業技術學院工程勘察設計院

關于都江堰玉堂電站機組異常振動的原因分析

張 靜 余建軍 / 四川水利職業技術學院工程勘察設計院

本文對某小型水電站機組長期振動原因進行分析并提出處理意見。

水輪發電機振動原因；處理辦法

四川省都江堰市玉堂電廠系四川省都江堰灌區沙溝河干渠第一級電站，位于都江堰市玉堂鎮永康村。電站于1984年12月28日開工建設，1987年元月27日竣工投入運行。該電站工作水頭9m，設計引用流量45.21m3/S，水輪發電機組由東方電機廠生產，水輪機型號為ZD560-LH-180，發電機型號為SF800-28/2600，裝機容量為3×800kW。

該電站自投運以來一直存在嚴重的機組振動問題，經東方電機廠多次現場考察，測試、論證，處理都沒有得到解決。據了解當時對機組異常振動的原因定性為定子鐵心在機組容量為800kw～1000kW、轉速為214.3 rpm工況下電磁諧振。圍繞諧振問題東方電機廠做了許多研究，在定子鐵芯、定子機座及定子繞組方面采取了很多消諧措施但也沒有解決根本問題，后來就沒有了辦法，機組一直帶病運行。此事件在附近小型水電站廣為流傳，在水電站行業就有了機組選型要避開該水頭段的容量和214.3 rpm的轉速的經驗之談，也就是將電機維修后銘牌改為1000kw的實際原因。再后來就聽說主持玉堂電站電機設計的主設工程師為此事受了全國通報批評處分，幾年后該同志就郁郁而終了。東方電機廠是我國水輪發電機組制造業首屈一指的特大型企業，技術水平不容質疑。在這樣容量的小機組的技術問題上處分責任人也充分體現出東電對技術要求和內部管理的嚴謹性。在玉堂電站機組問題上人們普遍的認為是東電是搞大機組的，而玉堂這種機組太小了，可能沒有引起重視而已。時間就這樣過去了二十六年，一個偶然的汶川5.12地震災后重建機會我們接觸到了玉堂機組，由于有了前面那么多曲折，觀察起來就比較謹慎。經仔細觀察，從另一方面提出玉堂電站機組異常振動的原因分析和處理意見供同行們參考。

玉堂電站機組異常振動的原因不是復雜的電磁諧振，而是簡單的機組上機架定位錯誤！

眾所周知，立式懸掛式機組轉子、轉輪重量及軸向水推力全部通過推力軸承傳遞到上機架。對玉堂電站這樣800kw的機組軸向力約有二十余噸。這些力通過上機架四條支撐（牛腿）傳遞給定子機座，再通過定子機座下方四個基礎板傳遞到鋼筋混凝土機墩。為保證機座整體強度、剛度及傳遞受力，在正對機墩上基礎板的機座底板至機座頂板之間布置了縱向受力支持筋板和橫向加強筋板。安裝時只需將上機架四條牛腿正對定子四個有支持筋的方位即可順利將很大且動態的二十余噸力傳遞到牢固的機墩上。玉堂電站定子機座四道支持筋板和基礎板位置處于廠房+Y、－Y、+X、-X方位。

可玉堂電站三臺機組的上機架四條腿卻陰差陽錯的與上述四個方位錯開了45度。結果上機架四條牛腿就落在定子機座頂板下沒有縱向支持筋的地方。定子機座上頂板是一快圓環形鋼板，周長約8m,鋼板厚度約12mm。這塊圓環形鋼板僅外圓周與定子機座縱向圓周焊接，在定子底座有基礎板的地方才有縱向支持筋板。由于有這45度偏差，上機架四條牛腿正好落在定子機座上頂板上兩道有縱向支持筋板之間的空檔處平放的圓環上。兩道有縱向支持筋板之間平放的圓環周長約2m，也就是兩道縱向支持筋板抬了一塊2m長的圓弧薄鋼板，在每塊圓弧鋼板的中心有約1/4的軸向總力，且該段圓弧為偏心受壓。轉子軸向水推力隨機組出力變化而變化，此力傳遞到偏心受壓且平放的圓弧薄鋼板上，由于薄鋼板下方沒有支撐而發生向下彈性形變；隨發電機出力變化該形變亦發生脈動變化，這樣就使得發電機定子機座發生強烈振動，且出力越大振動越大，站在發電機蓋板上足心強烈感受發麻。前面很多研究都把目光放到電磁諧振上面，而忽略了這個上機架安裝原因，把簡單問題搞復雜化了。由于主要引起振動的原因沒找準，采用的工程措施不能解決問題也就不足為奇了！

問題找準了，解決的辦法卻很簡單。只需將上機架反時針旋轉45度使上機架牛腿正對定子縱向支持筋和定子基礎板即可。為此需在定子機座上頂板正對定子縱向支持筋的地方重新開固定上機架的定位螺栓孔。上機架旋轉45度后不影響機組結構，僅上油盆冷卻水進出水接入口方位相應改變45度，需現場配管解決。還有一個辦法就是在現上機架牛腿擱置處定子機座上下頂板之間加支持筋和加強筋，同時在定子機座下擋板支持筋受力處重新在機墩上做基礎板。只是這個辦法要麻煩些。災后重建已經對玉堂電站機組進行了改造，在上機架牛腿正對的定子機座上下頂板間加了支持筋，振動問題已經基本得到解決。

時間已經過去了26年，現在再去追究上機架為什么會偏離45度已經沒有意義！但這個簡單問題分析復雜化從而掩蓋問題的主要矛盾，使問題得不到解決這個教訓應該記??！我們認為這事與過世了的不知名姓受到通報批評處分的搞電機設計的前輩沒有關系，哪個處分應予撤銷！

（附圖 ：見下）

圖2

圖3

張靜 ，女， 大學本科電氣工程及其自動化專業畢業，四川水利職業技術學院工程勘察設計院工作,長期從事水電工程勘察設計、工程監理工作。

余建軍，男，高級工程師。四川水利職業技術學院機電工程系教師，四川水利職業技術學院工程勘察設計院總工程師，擔任水電站電氣設備、繼電保護、自動裝置等課程教學40余年，長期從事水電工程勘察設計、工程監理工作。