沙河抽水蓄能電站1號機組上導擺度過大原因分析與處理

吳小放，王青華，朱春鵬

（1.江蘇沙河抽水蓄能發電有限公司，江蘇 溧陽 213333；2.上海安乃基能源科技有限公司，上海 200131）

和170 μm左右，擺度的主頻分量為3倍頻，均達到300 μm左右，2倍頻均約為65 μm左右。從頻譜分析來看，上導擺度顯示數值過大的原因主要是因為3倍頻分量過大所致，其次才是1倍頻，再其次是2倍頻（具體見圖3所示）。

對3倍頻和2倍頻進行深入分析，筆者認為3倍頻和2倍頻主要來自于測量表面。假設轉子在上導處的真實擺度含有3倍頻和2倍頻分量，而且數據如此大，其機架振動一定會有反應。也就是說，擺度產生的力會通過油膜傳遞給導瓦，然后導瓦再傳遞給機架，此時機架也會產生非常大的振動，而且其振動頻譜一定會含比較大的3倍頻和2倍頻分量。圖4為修前穩定性試驗的上機架（X、Y和Z方向）振動的時域和頻域圖，可以看出頻率成分主要由7倍頻（35 Hz）和7倍頻的整倍數頻以及10倍頻（50 Hz）和10倍頻的整倍數頻組成，并沒有見到比較大的3倍頻和2倍頻分量。因此，我們認為上導擺度信號成分中的3倍頻和2倍頻并不是真實的機組擺度信號，而是因為測量表面不圓所致。至于機架的振動頻率成分為什么含有7倍頻和7倍頻的整倍數頻以及10倍頻和10倍頻的整倍數頻的振動頻率，主要是因為轉輪的葉片數引起的水壓脈動以及上機架傳感器安裝位置靠近發電機中性點所致。

圖4 1號機組A修前上機架振動圖

為防止測量錯誤，分別更換了上導擺度傳感器和采集通道。更換后采集的上導擺度數據與原有數據一致，說明數據采集環節無誤。

基于以上原因，我們認為因為測量表面不圓產生的3倍頻和2倍頻的成份使得上導擺度真正數值失真，而且1倍頻幅值也不能完全相信，有可能其真實的1倍頻幅值也要小于頻譜分析的200 μm和170 μm分析值。上導擺度真實幅值應該遠小于500 μm。

3 1號機組上導擺度測量值過大解決方案

根據以上分析可以得出，發電機大軸上部軸套外表面不圓導致了上導擺度測量值過大的結論。發電機大軸上部的軸套為單獨加工，然后裝配到發電機大軸上部。發電機大軸的上部外表面拉傷后，圓度指標下降。軸套安裝到發電機大軸上部后，軸套外圓的圓度由發電機大軸上部的圓度、軸套的內圓和外圓加工精度等因素共同決定。軸套安裝后沒有與發電機大軸一起再次進行外圓加工，故上導測量面圓度無法保證。軸套安裝后，發電機大軸與軸套一起進行外圓加工，工程量大，實施困難。

公司研討決定選擇推力頭第一臺階側面作為擺度測量面。此面同時也是上導油盆密封蓋的接觸面，此測量面加工精度高。推力頭固定在發電機大軸上，此測量面的圓度受大軸本身加工精度影響以及裝配精度的影響，總體圓度應低于原有上導擺度測量面。

擺度傳感器安裝在上導油盆密封蓋上，如圖5所示。在密封蓋上打螺紋孔，螺紋孔尺寸配合擺度傳感器尺寸。擺度傳感器測量推力頭第一臺階側面的擺度值。

圖5 推力頭擺度測量方案

4 1號機組上導擺度傳感器選擇與安裝

4.1 上導擺度傳感器的選擇

根據具體測量對象即推力頭第一臺階側面材質、表面平整度、直徑尺寸、厚度，測量環境即上導油盆蓋內存在油霧、油污覆蓋傳感器感應部分的特點，通過分析選擇采用一體化電渦流位移傳感器作為上導擺度測量傳感器。

材質對傳感器影響：電渦流位移傳感器特性與被測物體電導率、磁導率有關，推力頭第一臺階為合金鍛鋼材質，屬于弱導磁材料，由于其磁效應弱，相對來看其渦流效應要強一些，因此傳感器感應靈敏度要高一些。

表面平整度對傳感器影響：推力頭第一臺階側面加工精度高，表面平滑，無凸起、凹槽、刻痕、洞眼等缺陷，滿足位移測量時測量面表面粗糙度在0.4μm~1.6μm之間的要求。

直徑尺寸、厚度對傳感器影響：被測量的推力頭第一臺階為圓軸且探頭中心線與軸心線正交。因為被測物體電渦流場作用的深度由頻率、導磁率、導電率決定，被測物體太薄會造成電渦流作用不夠，會影響傳感器測量結果，而推力頭第一臺階其直徑尺寸大小遠高于探頭直徑（8 mm）3倍以上，不會造成傳感器靈敏度降低。

測量環境對傳感器影響：如圖5所示，推力頭第一臺階位于上導油盆密封蓋內，其內部在機組運行時推力循環油會產生油霧，覆蓋傳感器探頭，選用電渦流傳感器可以有效避免該運行環境造成的影響。

4.2 一體化電渦流位移傳感器IN-081安裝

一體化電渦流位移傳感器IN-081安裝在上導油盆密封蓋上，如圖5所示。在密封蓋上打螺紋孔，螺紋孔尺寸配合擺度傳感器尺寸（見圖6），螺紋孔距離上導油盆蓋上部位置30 mm，探頭伸出長度以測量得到的傳感器標準基準電壓為限定位置，確保滿足圖7所示傳感器安裝要求。

圖6 IN-081尺寸圖

安裝傳感器時首先用螺紋鎖固膠起到密封及緊固作用，其次用螺帽并緊在上導油盆蓋外部端面，確保在機組振動影響下，傳感器本體不會發生松脫導致測量不準確，甚至于傳感器與推力頭第一臺階發生碰觸，損毀傳感器造成上導油盆內油質污染。

5 1號機組A修后上導擺度數據分析

1號機組A修后并經過動平衡試驗調整，上導擺度各倍頻數值顯著下降，如圖8所示。圖中可以看出，上導擺度值顯著下降。機組穩態運行時上導擺度X方向擺度顯示在117μm附近，Y方向擺度顯示在169μm附近，并且上導擺度X方向、上導擺度Y方向主要頻率均為1倍頻，1號機組A修前上導擺度X方向、上導擺度Y方向出現的3倍頻和2倍頻均未出現。上導擺度數值滿足水輪發電機組長期穩定運行的要求[2]。

圖8 1號機組A修后上導擺度

此時上導擺度測量面實際為推力頭第一臺階側面，其圓度指標雖然與上導軸承原有精加工面相比略差，并且通過頻譜和幅值分析在1號機組A修后上導擺度1倍頻有一部分仍然是由測量推力頭第一臺階側面表面精度不高造成的。但相比1號機組A修前上導擺度數值已有大幅降低，已完全能夠反映出上導擺度實際運行狀態，此次1號機組上導擺度測量值過大解決方案實施效果良好。

6 結束語

沙河抽水蓄能電站1號機組上導擺度測量值過大是被測量面圓度不高所致。通過更換圓度更好的測量面，解決了上導擺度過大的問題。

機組擺度測量面拉傷后，用加軸套的方式更新測量面的方法不可靠，不能保證測量面的圓度。這種方法測量面的圓度不僅由軸套的加工精度決定，還受軸表面破壞后的影響以及組裝精度等諸多因素的影響。

推力頭第一臺階側面可以作為上導擺度測量的備用測量面。推力頭第一臺階側面作為擺度測量面時，測量準確度不如原有的軸面，會引起一定的誤差，但相對重新加工軸套作為測量面的方法，測量誤差會少很多。