亭子口水電站機(jī)組上導(dǎo)擺度兩倍轉(zhuǎn)頻問題的研究與處理

張 賢 春 ， 吳 博， 韓 滿 國

(1.四川中鼎科技有限公司，四川 成都 610045；2.嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪 628400)

1 概 述

亭子口水電站自2013年8月首臺機(jī)組進(jìn)行啟動試驗(yàn)以來，相繼在運(yùn)行穩(wěn)定性試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)4臺機(jī)組均在空轉(zhuǎn)工況時(shí)上導(dǎo)擺度表現(xiàn)正常，但機(jī)組給勵(lì)后在空載工況及帶負(fù)荷工況時(shí)上導(dǎo)擺度均出現(xiàn)兩倍轉(zhuǎn)頻波形的共性，其尖峰幅值明顯增大并為主導(dǎo)幅值，若以此評價(jià)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，則其運(yùn)行穩(wěn)定性變差；而其余各振動、擺度未見明顯的兩倍轉(zhuǎn)頻波形。這是機(jī)組的真實(shí)表現(xiàn)，還是由其他原因引起，需要通過試驗(yàn)研究給出結(jié)論性意見，以利下一步工作的開展。

2 上導(dǎo)擺度兩倍轉(zhuǎn)頻記錄的產(chǎn)生

依據(jù)《水力機(jī)械(水輪機(jī)、蓄能泵和水泵水輪機(jī))振動和脈動現(xiàn)場測試規(guī)程》GB/T17189-2007的有關(guān)規(guī)定，在亭子口水電站機(jī)組進(jìn)行運(yùn)行穩(wěn)定性試驗(yàn)時(shí)，我們在發(fā)電機(jī)大軸上導(dǎo)處安裝了兩個(gè)互為90°的擺度測點(diǎn)，其間，在改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流過程中，發(fā)現(xiàn)隨著勵(lì)磁電流的增大，機(jī)組上導(dǎo)擺度每一旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)出現(xiàn)的兩個(gè)尖峰波形隨之增大，并表現(xiàn)為上導(dǎo)擺度幅值明顯增大(圖1)。圖1中匹配顯示了大軸每轉(zhuǎn)一周的鍵相脈沖基準(zhǔn)波形，從而可以直觀地看出兩尖峰波相對于鍵相基準(zhǔn)的位置和形成過程。

根據(jù)相位計(jì)算兩尖峰波的波峰相位差為恒定的180°，并相對于鍵相位置不變。初步分析這一現(xiàn)象不應(yīng)該是轉(zhuǎn)軸的真實(shí)擺度表現(xiàn)。

3 試驗(yàn)分析研究

為了準(zhǔn)確分析上述問題，我們在3號機(jī)組啟動試運(yùn)行時(shí)進(jìn)行了針對性試驗(yàn)，試驗(yàn)方法為：在上導(dǎo)同一水平面上安裝了三只電渦流位移傳感器對上導(dǎo)擺度進(jìn)行同步測試，其中新布設(shè)的傳感器為+X方向與原主測-X方向的傳感器互成180°，以對上導(dǎo)處轉(zhuǎn)軸的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)測與分析。試驗(yàn)結(jié)果表明：兩互成180°的傳感器輸出產(chǎn)生的尖峰附加波形的時(shí)間、相位和幅值完全一致(圖2)。

通過對上述波形進(jìn)行對比，我們對可能產(chǎn)生的三種情況進(jìn)行了分析：

(1)機(jī)組存在磁力不平衡。波形反映了轉(zhuǎn)軸的真實(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，這一運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)結(jié)果是為轉(zhuǎn)軸在向一側(cè)偏靠的同時(shí)亦在向180°的對面偏靠，這是任何剛性物體運(yùn)動都不可能產(chǎn)生的同時(shí)背向運(yùn)動，因此，由機(jī)組磁力不平衡引起的擺度增大這種可能不能成立。

(2)被測大軸一直在作同一旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)瞬態(tài)的收縮、膨脹兩次物理變形。根據(jù)計(jì)算，其變形過程為在約0.2 s時(shí)間內(nèi)發(fā)生了約200 μm幅值的變化，即大軸收縮、膨脹的速率為1 000 μm/s，且周期為0.83 s，這對水力機(jī)組運(yùn)行中的剛性轉(zhuǎn)軸來說是不可能發(fā)生的，因此，由轉(zhuǎn)軸物理變形引起的這一可能亦不能成立。

(3)為電磁場對測試傳感器引起的附加干擾所形成。在排除了上述兩種可能后，這一結(jié)論已經(jīng)較為明確；同時(shí)，上導(dǎo)擺度測點(diǎn)的位置正好位于發(fā)電機(jī)上端，而其余振動、擺度均未出現(xiàn)明顯的兩倍頻尖峰波形，同時(shí)，三臺機(jī)組的共性也為這一結(jié)論給出了佐證。由此可以明確：該尖峰約100 μm的附加幅值不是轉(zhuǎn)軸的真實(shí)擺度，不應(yīng)疊加進(jìn)上導(dǎo)擺度幅值來對機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評定。

圖1 1號機(jī)組變勵(lì)磁電流試驗(yàn)上導(dǎo)擺度波形變化圖

根據(jù)上述分析結(jié)果，本試驗(yàn)為電站節(jié)約了進(jìn)一步進(jìn)行電磁試驗(yàn)及可能的隨時(shí)檢測大軸金屬疲勞的龐大費(fèi)用。

4 結(jié) 語

根據(jù)上述試驗(yàn)研究，排除了該電站上導(dǎo)擺度兩倍轉(zhuǎn)頻給機(jī)組帶來的幅值評價(jià)的影響，使運(yùn)行單位對機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)有了準(zhǔn)確的把握。該試驗(yàn)同時(shí)為相應(yīng)的現(xiàn)場試驗(yàn)提供了有依據(jù)的參考分析。另外，我們還對現(xiàn)在非常成熟的、廣泛應(yīng)用于水力機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測的電渦流傳感器的抗電磁干擾能力向制造廠商提出了研究改進(jìn)的要求，其目的是將類似問題排除在誤判之前。

圖2 3號機(jī)組上導(dǎo)擺度兩個(gè)互成180°測點(diǎn)在空載工況下同步測試波形對比圖