一起水輪發(fā)電機(jī)組空載試驗(yàn)擺度超標(biāo)故障分析及處理過程

朱占宏，黎　華（浙江江能建設(shè)有限公司第八分公司，浙江 杭州 310004）

一起水輪發(fā)電機(jī)組空載試驗(yàn)擺度超標(biāo)故障分析及處理過程

朱占宏，黎華
（浙江江能建設(shè)有限公司第八分公司，浙江 杭州 310004）

摘要：水輪發(fā)電機(jī)組擺度超標(biāo)嚴(yán)重影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，本文從一起新投產(chǎn)機(jī)組啟動(dòng)調(diào)試過程中，發(fā)生的擺度超標(biāo)故障，再現(xiàn)故障分析及處理的全過程，為以后機(jī)組發(fā)生類似問題提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)組；空載試驗(yàn)；擺度；故障分析；處理

1　水輪發(fā)電機(jī)組參數(shù)

橙子溝水電站位于甘肅省隴南市境內(nèi)的白龍江干流上，為徑流引水式電站，電站安裝3臺(tái)懸吊式立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量38.33MW，總裝機(jī)容量為115MW。水輪發(fā)電機(jī)組相關(guān)參數(shù)見表1。

表1機(jī)組參數(shù)

2　機(jī)組啟動(dòng)試驗(yàn)過程及故障現(xiàn)象

2.1機(jī)組空轉(zhuǎn)試運(yùn)行

水輪發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)試驗(yàn)按經(jīng)批準(zhǔn)的啟動(dòng)試驗(yàn)大綱嚴(yán)格執(zhí)行，無(wú)勵(lì)開機(jī)至空轉(zhuǎn)，在額定轉(zhuǎn)速下測(cè)量機(jī)組各部運(yùn)行工況數(shù)據(jù)如表2。

表2空轉(zhuǎn)運(yùn)行測(cè)試數(shù)據(jù)

根據(jù)上述測(cè)量數(shù)據(jù)，表明機(jī)組擺度穩(wěn)定運(yùn)行在各部瓦間隙以內(nèi)（上導(dǎo)單邊設(shè)計(jì)間隙0.15～0.20mm（實(shí)際單邊間隙0.16mm）；下導(dǎo)單邊設(shè)計(jì)間隙0.15～0.20mm（實(shí)際單邊間隙0.18mm）），振動(dòng)擺度符合要求。

2.2機(jī)組空載試運(yùn)行

在機(jī)組空轉(zhuǎn)試運(yùn)行正常并按試驗(yàn)大綱要求完成其他試驗(yàn)后，機(jī)組進(jìn)入有勵(lì)空載試驗(yàn)，機(jī)組在零起升壓時(shí)發(fā)生如下情況：機(jī)組的上導(dǎo)、下導(dǎo)擺度隨勵(lì)磁電流的逐漸升高而增大，在發(fā)電機(jī)機(jī)端額定電壓（e=10.5kV）時(shí)上導(dǎo)最大峰值達(dá)到380μm，下導(dǎo)最大峰值達(dá)到590μm。錄制波形見圖1。

從波形圖可以看出一個(gè)趨勢(shì)：機(jī)組的擺度隨勵(lì)磁電流的增大而增大，在機(jī)端額定電壓下擺度達(dá)到峰值，當(dāng)勵(lì)磁系統(tǒng)逆變后擺度值突變，重新回到正常值。

3　故障分析及處理

3.1故障分析

由于機(jī)組在無(wú)勵(lì)磁下運(yùn)行正常，帶上勵(lì)磁后擺度嚴(yán)重偏大，很容易想到發(fā)生這種情況的因素是由于磁拉力的影響，但極難進(jìn)行定量測(cè)試。綜合故障情況分析主要有以下幾種原因：

（1）機(jī)械部分原因

1）導(dǎo)瓦間隙松動(dòng)；

2）機(jī)組安裝時(shí)軸線超差；

3）固定部分基礎(chǔ)螺栓、連接螺栓及轉(zhuǎn)動(dòng)部件螺栓是否松動(dòng)；

（2）造成磁拉力不均勻有以下原因

圖1故障處理前零起升壓過程中機(jī)組各部擺度

1）轉(zhuǎn)子匝間短路；

2）定、轉(zhuǎn)子空氣間隙不均勻；

3）定子繞組匝間短路（2Y接線方式下繞組匝間短路形成的環(huán)流，圖2）。

圖2

3.2故障排查過程

（1）導(dǎo)瓦可能松動(dòng)間隙變大的檢查：拆除軸承端蓋分別檢查導(dǎo)瓦抗重螺栓、抗重螺栓鎖緊板、導(dǎo)瓦絕緣槽壓板螺栓是否松動(dòng)，經(jīng)檢查緊固部位無(wú)松動(dòng)，復(fù)測(cè)瓦間隙及瓦絕緣無(wú)異常，導(dǎo)瓦瓦面無(wú)磨損。

（2）查機(jī)組安裝記錄，機(jī)組盤車時(shí)調(diào)整軸線符合要求（下導(dǎo)處、水導(dǎo)處相對(duì)擺度均小于0.02mm/m）。

（3）查機(jī)組安裝記錄，轉(zhuǎn)子交流阻抗數(shù)據(jù)符合要求。機(jī)組在膛內(nèi)分別測(cè)試單個(gè)磁極交流阻抗并相互比較符合要求，機(jī)組在無(wú)勵(lì)空轉(zhuǎn)運(yùn)行下測(cè)量整體交流阻抗與靜態(tài)無(wú)明顯差別。

（4）復(fù)測(cè)定、轉(zhuǎn)子空氣間隙，數(shù)據(jù)符合要求。

（5）機(jī)組升壓過程中，檢查橫差保護(hù)采樣值差流在規(guī)范內(nèi)。拆除兩個(gè)中性點(diǎn)連接銅排，切斷可能造成環(huán)流的回路，升壓過程測(cè)量機(jī)組擺度值依然無(wú)改善。

上述可能造成機(jī)組擺度大的原因均作檢查，情況并未改善，可以排除。故障處理似乎陷入一種絕境。重新整理思路：機(jī)組上導(dǎo)實(shí)際單邊間隙為0.16mm，總間隙0.32mm。下導(dǎo)單邊間隙0.18mm，總間隙0.36mm。但在升壓到額定值時(shí)下導(dǎo)擺度峰值（無(wú)干擾數(shù)據(jù)：一倍頻值占絕對(duì)比重，諧波分量影響小）達(dá)590μm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過瓦間隙。那么這多出來(lái)的擺度從什么地方來(lái)呢？而且機(jī)組以超過瓦間隙的擺度值運(yùn)行，導(dǎo)瓦溫度為何無(wú)急劇上升或溫度超高、瓦面無(wú)磨損現(xiàn)象？

帶著這些疑問，為故障處理又指明了方向：應(yīng)重新分解導(dǎo)軸承，包括全面分解檢查導(dǎo)瓦：“U”形絕緣槽板、絕緣槽壓板、鉻鋼墊、抗重螺栓及鎖板。檢查鉻鋼墊與絕緣槽壓板是否緊貼密實(shí)無(wú)間隙；檢查“U”形絕緣槽板與瓦背配合情況；檢查“U”形絕緣槽板與絕緣槽壓板配合情況。檢查過程中發(fā)現(xiàn)以下問題：“U”形絕緣槽板與瓦背及絕緣槽壓板在相互緊貼時(shí)邊角部位及中間部位有局部拱起現(xiàn)象（“U”形絕緣槽板是用環(huán)氧玻璃布板壓制而成，有局部翹拱及波浪度），本應(yīng)緊貼密實(shí)無(wú)間隙的地方存在局部間隙?！癠”絕緣槽板位于瓦背與絕緣槽壓板之間，起著轉(zhuǎn)動(dòng)部分與固定部分絕緣的作用防止軸電流，之間的連接緊固僅靠壓板上的2顆M20螺栓把合，機(jī)組安裝時(shí)緊固把合螺栓難以消除局部間隙，且局部間隙多位于中間受力點(diǎn)處極難發(fā)現(xiàn)。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣性力將使拱起部位產(chǎn)生變形，導(dǎo)致原調(diào)整間隙變大（受力撤消后自動(dòng)返回原狀），轉(zhuǎn)動(dòng)部分徑向力無(wú)法限制。

圖3導(dǎo)瓦結(jié)構(gòu)圖

3.3故障處理過程

（1）將“U”絕緣槽板局部翹拱部位打磨找平，并按瓦背、壓板的配合面反復(fù)修配直至緊貼密實(shí)無(wú)間隙；

（2）按實(shí)際情況縮小設(shè)計(jì)單邊間隙；

根據(jù)機(jī)組空轉(zhuǎn)磨瓦時(shí)瓦溫情況（上導(dǎo)最高39.2℃，下導(dǎo)最高37.8℃），將原設(shè)計(jì)單邊間隙0.15～0.20mm縮小為0.10～0.15mm。實(shí)際調(diào)整間隙：上導(dǎo)單邊間隙0.11mm，下導(dǎo)單邊間隙0.13mm。

（3）在空載運(yùn)行情況下進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)并配重，以求進(jìn)一步減小機(jī)組振動(dòng)，優(yōu)化運(yùn)行工況；

結(jié)合機(jī)組穩(wěn)定分析監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分別在空轉(zhuǎn)態(tài)、空載態(tài)下進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，利用鍵相傳感器找出各自的不平衡點(diǎn)方位、計(jì)算配重重量。重點(diǎn)考查空載態(tài)時(shí)的動(dòng)平衡狀況，盡可能兼顧空轉(zhuǎn)態(tài)。

機(jī)組處理后，各部運(yùn)行工況見錄制波形點(diǎn)位圖（圖4）

圖4故障處理后零起升壓過程中機(jī)組各部擺度

由圖4可以看出，機(jī)組在升壓過程中各部擺度與起勵(lì)前無(wú)明顯變化，其中上導(dǎo)擺度最大值為90μm，下導(dǎo)擺度最大值為150μm。以空載態(tài)進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)并經(jīng)配重后機(jī)架水平、垂直振動(dòng)均小于15 μm，對(duì)運(yùn)行工況進(jìn)一步優(yōu)化。其他兩機(jī)組在啟動(dòng)試驗(yàn)的過程中均發(fā)生類似問題，采取相同的方法處理后，運(yùn)行工況正常，再次驗(yàn)證故障分析及處理方法合理。

4　結(jié)語(yǔ)

水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)、擺度數(shù)據(jù)是考核機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的重要參數(shù)，機(jī)組安裝過程中應(yīng)嚴(yán)格把握影響振動(dòng)、擺度的關(guān)鍵工序。在進(jìn)行各導(dǎo)軸承安裝、導(dǎo)瓦間隙調(diào)整時(shí)應(yīng)密切關(guān)注可能導(dǎo)致瓦間隙數(shù)據(jù)不真實(shí)的各種因素（包括設(shè)備制造、現(xiàn)場(chǎng)安裝因素）。發(fā)生故障時(shí)應(yīng)綜合分析各種原因并逐步排查，充分利用各種先進(jìn)檢測(cè)儀器和工具。本次進(jìn)行故障檢測(cè)分析時(shí)就借助了“機(jī)組穩(wěn)定分析檢測(cè)系統(tǒng)”作為輔助工具。單靠傳統(tǒng)工藝方法在特殊工作環(huán)境（如機(jī)組內(nèi)部）下排查、處理故障是不可想象的。

中圖分類號(hào)：TK730.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5387（2015）01-0043-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.01.014

收稿日期：2014-09-28

作者簡(jiǎn)介：朱占宏（1977-），男，工程師，從事水電站機(jī)電設(shè)備安裝、檢修、調(diào)試及項(xiàng)目管理。