清遠抽水蓄能電站機組動平衡試驗綜述

陳泓宇，何少潤

（1.清遠蓄能發電有限公司，廣東 清遠 511853; 2.調峰調頻發電公司，廣東 廣州 510640）

清遠抽水蓄能電站機組動平衡試驗綜述

陳泓宇1，何少潤2

（1.清遠蓄能發電有限公司，廣東 清遠 511853; 2.調峰調頻發電公司，廣東 廣州 510640）

動平衡試驗是新機組啟動試驗的一項重要內容，通過在發電機轉子上配重的方法來減小其轉動部件動不平衡引起的振動，使機組結構振動和大軸擺度符合規程允許值。本文通過介紹清遠蓄能電站1～4號機組啟動試運行期間僅2d完成了動平衡試驗，證實了機組軸系加工、裝配達到了較高的精度；也說明提高轉輪靜平衡驗收標準對機組動平衡試驗順利完成及蓄能機組長期穩定運行是有利的。

抽水蓄能機組；動平衡試驗；振動；擺度

1 概述

2015年9月4日清遠抽水蓄能電站（以下簡稱“清蓄”）1號機組首次發電方向沖轉、9月5日進行升速試驗，9月6日～18日進行了2次的動平衡配重調整；2號機組于2015年12月19日首次機組沖轉調試，12月21日進行升速試驗和額定轉速下的1次動平衡配重試驗；3號機于2016年4月2日首次沖轉調試，4月3日進行升速試驗，4月4日～14日進行了4次動平衡配重調整；4號機于2016年7月5日首次沖轉調試，7月6日進行升速試驗和1次的動平衡配重調整試驗。

2 機組動平衡試驗準備工作

2.1 測點布設

試驗伊始，機組按要求布設了上導、下導和水導軸承6個擺度測點，上機架、下機架和頂蓋6個振動測點以及一個鍵相測點，所有測點信號均采用加裝傳感器的方式取得，所布設傳感器及測試儀器見表1。

表1

2.2 機組振擺標準的確定

（1）國際標準化組織的ISO 10816-5（2000）《在非旋轉部件上測量和評價機器的機械振動》第5部分：水力發電廠和泵站機組，是目前水輪發電機組衡量機架或軸承座最具權威性的振動評定標準之一，GB/T 6075.5-2002《在非旋轉部件上測量和評價機器的機械振動》第5部分：水力發電廠和泵站機組，實際上相當于ISO 10816-5（2000）的中譯本，一般可以等同ISO 10816-5（2000）使用。其相關的主要內容是：

對于類似于清蓄的上、下導軸承座均支撐于基礎上的立式機組（轉速在60～1 800 r/min）可參照表2執行。

表2

（2）ISO 7919-5（2005）《旋轉機械轉軸徑向振動的測量和評定》第5部分：水力發電廠和泵站機組，是國際標準化組織衡量大軸振擺的主要標準，GB/T

11348.5 -2008《旋轉機械轉軸徑向振動的測量和評定》第5部分：水力發電廠和泵站機組，實際上相當于是ISO 7919-5（2005）的中譯本。其相關的主要內容是：

轉軸測量方向上的相對振動位移峰-峰值（SP-SP）參照圖1執行，對于428.6 r/min的清蓄機組其“A”區極限位為146 μm，“B”區極限為238 μm。其中：

1）區域“A”：振動數值在此范圍的設備可認為是良好的并可不加限制地運行，新機一般在區域“A”內進行考核；

2）區域“B”：振動數值在此范圍的設備可以接受長期運行；

3）區域“C”：振動數值落入此范圍內，提請注意安排維修。一般，該機器還可以運行一段有限時間，直到合適機會進行檢修；

4）區域“D”：振動數值落入該范圍的設備被認為極有可能導致損毀事故。

（3）設計制造商東芝水電（杭州）有限公司（以下簡稱“東芝水電”）提供的質量標準見表3。位移峰-峰值（SP-SP）的推薦評價區域，適用于水輪機在合同許可的穩態流動區域運行。

表3

圖1 水力機械或機組轉軸在測量方向上振動

2.3 機組原始配重

4臺機組為平衡轉子引線布設的原配重均為：轉子上部磁極5和6號、6和7號、7和8號、8和9號、9和10號之間各布設配重13.8 kg（參見圖2）。

圖2 原始配重圖

3 動平衡試驗計算方法

目前多使用影響系數法進行抽水蓄能機組這樣的剛性轉子的動平衡配重工作，我們習慣上先以轉子上園盤平面作為加重的平衡面進行轉子動平衡。即：

（1）未加試重時，測得上機架振動矢量V10。

（2）在轉子上平面加試重q1，測得加試重后的上機架振動矢量為V11。

（3）計算平衡面應加配重的大小和方位的矢量方程：

（4）對于清蓄這樣高轉速抽水蓄能機組，其實際應配重相位與計算所得不平衡質量的相位會有一個量值不大的滯后角——機械滯后角。即：

4）將A順時針轉茲角，這個位置就是實際不平衡質量的相位，在其180°方向加配重即可起到平衡作用。

（5）如若要求加配重后振動值下降Xμm，則應加的配重為：，單位為kg。

一般情況下，第三次開機即可完成平衡工作。如果還不理想，可在轉子下平面再進行配重。上述方法，具有儀器設備輕便、開機次數少、平衡精度高且能顯著降低機組振動水平的優點。

4 動平衡試驗進程

（1）1號機組升速過程中分別在264 r/min連續運行約1 h、320 r/min連續運行約1 h，然后在額定轉速428.6 r/min下運行約9 min；2號機組升速過程中分別在239 r/min連續運行約30 min、320 r/min連續運行約1h，然后在428.6r/min下運行約1min；3號機組升速過程中分別在210 r/min連續運行約40 min、320 r/min連續運行約40 min，然后在428.6 r/min下運行約10 min；4號機組升速過程中分別在217 r/min連續運行約1 h、323 r/min連續運行約1 h，然后在428.6 r/min下運行約10 min；測錄數據匯總于表4。

（2）1號～4號機組沖動后均按三個級差進行升速試驗，從上表可以看出，在320 r/min及以下轉速時機組振擺基本都能控制在“A”區內，機組運轉是穩定、正常的。而機組在額定轉速428 r/min運行時的情況是：

表4 檢測記錄

1）1號機組上、下、水導通頻軸擺都已跨入“C”區運行，轉頻基本在“B”區（水導除外）；上下機架及頂蓋水平振動均在“A”區，頂蓋垂直振動則已跨入“C”區；說明軸系還是明顯存在質量不平衡，必須進行現場動平衡處理。

2）2號機組下、水導通頻軸擺基本已跨入“C”區運行，上導通頻軸擺及下導轉頻在“B”區，其余軸擺則都在“A區運行；機組振動除頂蓋垂直方向通頻超出“B”區外，其余上下機架及頂蓋的振動均在“A”區運行；說明軸系還是存在較大的質量不平衡量，必須進行現場動平衡處理。

3）3號機組下導通、轉頻軸擺均在“B”區，水導通頻則已進入“C”區，其余都還在“A”區運行；機組振動除頂蓋垂直方向通頻超出“B”區外，其余上下機架及頂蓋的振動都還在“A”區運行；盡管機組振動、擺度并不嚴重，但軸系也還是存在質量不平衡的，應對其進行現場動平衡處理以提高運行質量。

4）4號機組除下導、水導通頻軸擺納入“B”區，其余軸擺均在“A”區運行；機組振動除頂蓋垂直方向通頻處于“B”上限附近外，其余上下機架及頂蓋的振動都在“A”區運行；盡管機組振動、擺度并不嚴重，但軸系也還是存在質量不平衡的，應對其進行現場動平衡處理以提高運行質量。

（3）機組按照程序進行試加配重及計算、調整配重，具體情況見表5。

表5

（4）機組動平衡效果評述

1）1號機組試加配重后，上、下導處軸運行擺度下降了30%～40%（含通頻和轉頻），水導軸擺則變化不大，且各測點相位基本沒有變化；上機架振動下降了約1/3（含通頻和轉頻），下機架和頂蓋振動基本沒有變化。根據計算進行第一次配重后機組振擺明顯改善，上導軸擺又下降了約1/4，下導軸擺下降了將近50%，而水導軸擺、上下機架及頂蓋振動均無太大變化。繼之分別進行了軸承熱運行和電氣過速（120%額定轉速）試驗，雖然各測點轉頻軸擺均很小，但由于受空載工況流場不太穩定的影響，頂蓋振動和水導擺度波動還是較大，東芝水電決定進行第二次動平衡調整。其后，機組振動擺度大為改善，尤其是轉頻幅值均＜100 μm。經確認，清蓄1號機組動平衡調整順利完成，效果是比較理想的。

2）2號機組試加配重后，上下導通頻軸擺下降了約1/3、轉頻下降了約50%、水導轉頻軸擺下降了1/3（通頻則變化不大）；上下機架和頂蓋轉頻振動均下降50%甚至更多，通頻也略有下降；只是由于空載工況流場不太穩定，頂蓋振動和水導擺度通頻幅值波動較大，下導軸擺通頻值也還略高，但估計機組并網帶負荷后機組會趨于穩定。經各方認可，2號機組動平衡調整順利完成。

3）3號機組試加重后，上導轉頻軸擺下降了約60%、下導和水導轉頻軸擺僅下降約15%～20%，上下機架振動略有改善，而通頻軸擺和振動（含頂蓋轉頻振動）均無明顯好轉；根據東芝的數據計算進行第一次配重調整后，上導軸擺（通、轉頻）和上機架轉頻振動均有所上揚、下導軸擺略有下降，其余都與調整前維持同一水平沒有明顯改善；隨后采用明華公司調整方案進行了第二次配重調整，其時機組上導軸擺略有增加，下導軸擺通頻下降30%、轉頻則下降70%、下機架轉頻振動下降約50%，而其余部位振擺均無明顯改善；考慮到機組在空轉運行過程中擺度變化較大，上導通頻幅值可能達到200 μm報警值，遂又經計算進行了第三次配重調整，使得所有轉頻軸擺僅只40～70 μm左右，除頂蓋垂直方向振動達到2.8 mm/s外其他部位振動幅值均較小。經確認，該機組發電方向空載工況的動平衡調整告終。

4）4號機組首次試加配重后的運行情況表明，上下導轉頻軸擺下降了35%～50%、通頻軸擺也都略有下降，上下機架轉頻振動下降幅值較大、通頻也略有下降，除頂蓋通頻振動和水導通頻軸擺略大外，其他無明顯變化但幅值均較小。經確認，該機組發電方向空載工況下的動平衡順利結束。

（5）1～4號機組最終配重狀況參見圖3～6。

圖3 1號機最終配重

圖4 2號機最終配重

圖5 3號機最終配重

圖6 4號機最終配重

（6）1號～4號機組配重調整后在428 r/min轉速下連續運行的振擺數據見表6。

表6 配重調整最終檢測記錄

5 機組動平衡調整后主要工況的運行

（1）機組并網后帶負荷160 MW、240 MW運行都還是平穩的，帶滿負荷320 MW熱運行期間各測點振擺數值見表7。

表7

從表7可以看到，機組發電滿負荷運行工況大軸擺度各測點幅值均較小，且通頻和轉頻幅值相差不大，均處在GB/T 11348.5-2008標準的“A”區；上、下機架振動和頂蓋振動也都處于GB/T 6075.5-2002標準的“A”區。

（2）機組PC工況熱穩定性運行試驗各測點振擺數據參見表8。

表8

從表8可以看出，各臺機上導和水導擺度幅值均較小，一般都處在“A”區；上、下機架振動和頂蓋振動也都處在“A”區；但下導擺度幅值都偏大，其中1號、2號、3號機下導擺度處于仍可長期運行的“B”區，而4號機下導擺度則已處于不可長期運行的“C”區。

（3）機組P工況進行熱運行試驗各測點振擺數據參見表9。

表9

從表9可以看到，P工況運行時各臺機上下導軸擺幅值均較小，且通頻和轉頻幅值相差不大，而水導擺度則更小；上、下機架和頂蓋振動也都處于“A”區，可不受限制運行。

（4）機組GC工況熱穩定性運行試驗各測點振擺數據參見表10。

表10

從表10可以看出，機組軸系擺度幅值均較小，其中水導擺度幅值最小，下導擺度幅值稍大，但也都在可不受限制運行的“A”區；上、下機架振動和頂蓋振動也都處在可不受限制運行的“A”區；表明機組在該工況下可以長時間穩定運行。

6 結語

（1）機組轉動軸系在未加配重運行在空載額定轉速工況時，盡管如1號機組各導軸承處通頻軸擺及水導轉頻、2號機組下、水導通頻軸擺、3號機組水導通頻等已跨入“C”區運行，但其余軸擺均在“B”、“A”區運行，尤其是3號、4號機組大都在“A”區運行；機組振動除1號、2號、3號機頂蓋垂直振動跨入“C”區外，其余上下機架及頂蓋的振動均還在“A”區運行。也就是說，機組軸系還是存在質量不平衡、有必要對其進行現場動平衡處理以提高運行質量的。但其振動、擺度并不嚴重的事實證明了機組軸系加工、裝配達到了相當高的精度和標準，也體現了轉輪靜平衡按照G2.5驗收的優勢。

（2）機組經過動平衡配重調整之后，轉動軸系在空載額定轉速工況運行下，除1號、2號、3號機水導通頻軸擺還略超越“B”區上限外，其余部位軸擺都已納入“B”、“A”區運行范圍，尤其是機組轉頻軸擺均＜100μm；機組振動除頂蓋垂直方向略超“B”區上限外，其余均在可以長期穩定運行的“A”區。這就證明1號～4號機組的動平衡配重調整收到了很好的效果，可保證機組順利進入后續調試運行進程。

（3）機組發電滿負荷以及P、GC工況運行時機組軸系擺度幅值均較小，都在可不受限制運行的“A”區；上、下機架振動和工況頂蓋振動也都處在可不受限制運行的“A”區；表明了機組在這些工況下可以長時間穩定運行。而在PC工況，各臺機上導、水導軸擺幅值以及上、下機架振動和頂蓋振動也都處在可不受限制運行的“A”區；而1號、2號、3號機下導擺度處于仍可長期運行的“B”區，唯4號機下導擺度則處于“C”區；亦即在該工況下應注意4號機組是不宜運行過長時間的。

（4）機組負荷運行期間，根據其軸系振擺的變化趨勢以及軸瓦間隙增大的具體狀況，在調整軸瓦間隙的同時也還可以采取再配重調整，以期抑制機組軸承振動和大軸擺度。如1號機組就是在重新調整軸瓦間隙未取得理想效果的情況下又重新進行了配重：

1）第一次在1、2號磁極之間上部試加9.28 kg、8、9號之間上部減去13.85 kg。

2）由于軸系振擺仍不理想，復原第一次試加重后，最終在14、1號之間上部增重7.93 kg。

最終，機組振擺得以改善。

總之，清蓄電站的實踐再一次證明動平衡配重調整是機組調試工作中的重要環節之一，正是由于其順利、卓有成效的實施，有力保證了機組各工況的穩定運行，對清蓄電站達到并超過國內外抽水蓄能機組平均先進水平起到了增磚添瓦的顯著功效。

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TV743

：A

：1672-5387（2017）03-0005-07

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.03.002

2016-12-05

陳泓宇（1975-），男，工程師，從事水電站機電設備管理及安裝調試工作。