河口水電站2 號水輪發電機組振擺異常分析處理

郭貴彬，陳濤偉

（五凌電力四川九源電力開發有限責任公司，四川 甘孜 626000）

0 引言

河口水電站位于九龍縣子耳鄉境內，電站由首部樞紐、引水系統、廠區樞紐3 部分組成。電廠總裝機容量36 MW，安裝2 臺18 MW 的立式混流式機組（額定水頭219 m），是子耳河流域最后一級電站。2021 年1 月2 號機組檢修后試運行工況急劇惡化，主要是水導軸承溫度高（最高到63.4 ℃），下機架振動超標（振動X 方向最高到178 μm，根據水輪發電機組安裝技術規范要求該部位振動值不超過50 μm）,嚴重影響河口電站設備運行安全。

1 事件描述

河口水電站2 號機組自2006 年發電機以來，機組運行狀態較好，振動擺度均在規范允許范圍內。

1.1 2 號機組B 級檢修后數據

2021 年1 月19 日，河口2 號機組完成B 級檢修，更換其導水機構和轉輪后，開機運行各項數據均合格，運行數據詳見表1。

表1 2 號機組檢修后開機運行振擺數據表

1.2 運行后振擺情況

（1）2021 年1 月22 日15：00，運行監視發現機組帶7 MW 負荷時，下機架振動由40.6 μm 上升至87.5 μm，機組各軸承擺度同步增加，振擺變化后機組水導軸承溫度無明顯變化(突變前為51.9 ℃，突變后為52.0 ℃)。由于振擺的突變，現場進行了停機檢查，檢查發現下機架4 個支腿與基礎板接觸面有松動現象，隨后對下機架螺栓及支腿與基礎板接觸面進行焊接加固；21：30 開機帶7 W 負荷運行發現機組振擺仍有擴大趨勢(停機時下機架振動X 方向最高已達112 μm)，詳見表2。

表2 2 號機組帶負荷振擺異常數據表

2 原因分析

河口水電站水輪發電機組為立軸懸式混流式機組，由于水輪發電機組結構復雜，造成水輪發電機組振動擺度增加的原因有很多，根據混流式電站機組特性及結構設計，造成振動、擺度增加的因素主要有水力因素、機械因素及電氣因素。

2.1 水力因素

檢查過流部件及轉輪實際情況：檢查轉輪未發現卡塞異物（石頭、木頭等），檢查轉輪進出口尺寸偏差（表3）及導葉開度（表4），各部位尺寸均未發現超設計要求，排除因轉輪卡塞異物引起水力不平衡導致機組振動。

表3 轉輪進、出口開度檢查表

表4 導葉開度檢查表

2.2 機械因素

查閱檢修調試及運行相關記錄情況如下：

（1）軸線(水力動中)檢查：機組推中后，調整上導瓦間隙為0.03 mm，下部為自由狀態，進行鋼性盤車前推盤一圈回“0”位，方法正確、各區域所測數據真實有效、合格，水導軸領處全擺最大值為0.07 mm，機組中心在同一軸線。

（2）新更換的轉輪返廠聯軸校擺合格(轉輪全擺度為：0.02 mm、水機大軸軸領全擺度為：0.05 mm)，且導葉在捆綁后做銷孔鉆孔，推拉桿水平及同軸度等數據合格，機組連續2 d 帶負荷運行穩定，水導瓦溫及擺度無異常變化。

（3）機組定中后測量空氣間隙數據為（X：22.4 mm，-X：21.6 mm；Y：22.2 mm，-Y：21.8 mm），各半徑與平均半徑之差均不超過設計空氣間隙的±4%，機旁監視三相電流平衡。

（4）2021 年1 月23～24 日，機組空轉、空載試驗，機組各軸承(特別是水導軸承)及機架振擺正常，但隨著時間推移，2 號機組下機架基礎振動后各軸承擺度明顯增加，現場分析轉輪進出水邊反止口、控制不同軸和水力不平衡等水機部分問題影響較小，側重發電機下導及以上部分原因引起下機架振動。后經商議決定對已發現的下機架基礎松動采取以定子基礎為支點，對稱四角添加機械千斤頂和焊接金屬支點（使用大軸連接螺栓配合10 mm 鋼板）的方式作為下機架輔助固定點（在使用機械千斤頂支固時發現下機架整體輕易可推動約0.08 mm），在下機架中心不變情況下加固，開機測試仍無法抵消機組徑向振動情況，下機架振動擺度仍持續上升。

2.3 電氣因素

現場對2 號機組在各狀態（空轉狀態下50%、75%、100%額定轉速運行，機組帶50%、75%、100%額定負荷運行）進行試驗。通過試驗觀測機組振擺狀態。現場試驗觀測情況：2 號機組在空載及帶負荷狀態下，運行初期振動、擺度值變化幅度不大，均滿足規范要求；軸瓦及油槽油溫均滿足規范及主機生產廠家技術要求；隨著運行時間的增加，下機架振動及擺度逐漸增加，此時軸瓦及油槽油溫無明顯變化。根據試驗數據及機組運行狀態分析，基本排除了水力因素及電氣原因造成的振動、擺度增加；因此在接下來的工作中重點對機械因素進行分析，可根據條件對其余可能造成振擺增加的因素進行逐一排查，具體原則為先從可能性較大的、工作量相對較小的因素進行排查。

3 處理過程

根據試驗結果4 月6 日電廠組織專業人員對水輪發電機組機械因素引起機組振擺變大進行分析討論，確定由專業人員根據討論結果對可能引起振動、擺度增大的情況進行排查處理。首先拆除下導軸承油盆蓋下圈毛氈運行，運行時狀態監測數據見表5及表6。

表5 4 月6 日2 號機組振動擺度記錄表（拆除下導軸承油盆下圈毛氈后）

表6 4 月6 日2 號機組下機架分頻數據記錄表（拆除下導軸承油盆下圈毛氈后）

根據表中運行監測數據分析，拆除下導軸承油盆蓋下圈毛氈后在此方式下2 號機組運行時的振動、擺度值均在規范要求范圍內，說明2 號機組之前出現的“下機架振動、擺度隨著運行時間增加而增加”的問題得到了較好地解決，此次處理達到了較好的效果。

4 結論

根據拆除的下導軸承油盆蓋下圈毛氈磨損情況及處理后機組的運行情況分析，引起本次2 號機組振動、擺度異常的主要原因為“發電機下導滑轉子與下導軸承油盆蓋密封毛氈的摩擦，導致下導滑轉子溫度升高，造成局部熱膨脹，引起振動、擺度的增加”。根據本次處理情況及該機組設計要求確定各軸承油盆蓋軸密封部位間隙要求，檢修時嚴格控制各軸承油盆蓋部位間隙，確保油盆蓋處間隙滿足設計要求。