二郎壩電站5#機組振動超標分析與處理措施

李長寧，毛青海，陳自強

(陜西博能水電設(shè)備管理有限責(zé)任公司，陜西 漢中 723000)

1 電站概況

二郎壩水力發(fā)電公司二郎壩電站總裝機容量為3×2.5 MW，設(shè)計水頭60.9 m，額定轉(zhuǎn)速600 r/min，1999年初投產(chǎn)發(fā)電運行。機組型號:TF13-LJ-88，SF2500-10/2150，3 臺機組編號為5#、6#、7#水輪發(fā)電機組，1999年12月電站投產(chǎn)運行發(fā)電。

2 項目主要內(nèi)容介紹

二郎壩電站機組投產(chǎn)發(fā)電運行后，5#機組運行水平振動超標(水平振動值為115 μm，垂直 40 μm，依據(jù) GB 8564—88《水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范》要求，額定轉(zhuǎn)速＞375 rpm，＜750 rpm的立式機組的水平振動≤50 μm，垂直振動≤30 μm)。在此后的幾年間，雖經(jīng)安裝單位、生產(chǎn)廠家多次對機組進行過檢測和維修，但振動指標仍超出規(guī)范要求，為徹底消除這一安全隱患，電站對5#機組振動成因從多個方面分析查找，并采取有效施工步驟和方法，消除了機組振動超標隱患。

3 項目實施過程

3.1 5#機組的穩(wěn)定性測試

試驗設(shè)備采用多通道水輪發(fā)電機組測試采集分析儀，分別做了機組變轉(zhuǎn)速、變勵磁、變負荷等試驗。

3.1.1 變轉(zhuǎn)速試驗

主要分析機械因素(動不平衡)對機組的影響。試驗時發(fā)電機轉(zhuǎn)子不加勵磁，機組以不同轉(zhuǎn)速運行穩(wěn)定后，測量機組各部位的振動、大軸擺度。變轉(zhuǎn)速試驗數(shù)據(jù)見表1。

表1 變轉(zhuǎn)速試驗記錄表

3.1.2 變勵磁試驗

機組以額定轉(zhuǎn)速運行，調(diào)整勵磁電流分別取發(fā)電機空載額定轉(zhuǎn)速對應(yīng)的勵磁電流的0～100%，實測勵磁電壓的變化，每工況穩(wěn)定運行5 min，測量機組各部的振動、大軸的擺度，主要分析電磁因素(磁不平衡)對機組的影響。變勵磁試驗數(shù)據(jù)見表2。

表2 變勵磁試驗記錄

3.1.3 變負荷試驗

機組從并網(wǎng)后空載運行開始，負荷每增次加0.5 MW，逐步增加至額定水頭下最大負荷。每個工況下運行5 min，測試機組的各部振動和大軸擺度，此項試驗主要是查明水力因素對機組穩(wěn)定性的影響。變負荷試驗數(shù)據(jù)見表3。

表3 變負荷試驗記錄表

3.2 試驗數(shù)據(jù)分析

1)變轉(zhuǎn)速試驗數(shù)據(jù)表明:機組上機架振動幅值隨轉(zhuǎn)速變化明顯，振動與機組的轉(zhuǎn)速平方比例關(guān)系明顯，機組轉(zhuǎn)動部分存在機械不平衡問題。

2)變勵磁試驗數(shù)據(jù)表明:機組振動隨勵磁電流的增加而明顯加大，且x，y方向的振動大小基本一致。機組加100%電壓空轉(zhuǎn)運行時，上機架水平 振動達120 μm，與機組100%轉(zhuǎn)速空轉(zhuǎn)工況相比，上機架水平振動增加了30～40 μm，但定子垂直振動一直較小，無明顯變化，說明機組存在較大的磁拉力不平衡。

3)變負荷試驗數(shù)據(jù)表明，機組振動、擺度隨負荷的變化有微小的變化，因此初步判定機組不存在不平衡水推力，水力因素對機組穩(wěn)定性影響較小。

3.3 針對振動的成因，制定處理措施

1)機組振動測試數(shù)據(jù)分析表明:動不平衡和磁不平衡是機組產(chǎn)生振動的主要原因，而機組不存在不平衡水推力，因此對于水輪機部分不必再做檢查處理。

2)針對動不平衡問題，采取的措施是:對機組進行動平衡試驗，通過配重，糾正發(fā)電機轉(zhuǎn)動部分重心偏移問題，減小機組振動和大軸擺度，從而改善機組動平衡，提高機組運行穩(wěn)定性。

3.4 轉(zhuǎn)子匝間短路的處理

3.4.1 轉(zhuǎn)子線圈交流阻抗試驗——匝間短路線圈的查找

采用PS180保護校驗儀、萬用表、鉗形電流表，采用校驗儀的恒流源給轉(zhuǎn)子各磁極加額定電流5 A，測試各磁極穩(wěn)定的端電壓，計算、對比、分析轉(zhuǎn)子各磁極線圈交流阻抗值。

3.4.2 交流阻抗試驗數(shù)據(jù)分析判斷

轉(zhuǎn)子交流阻抗測試表明:1#磁極線圈交流阻抗與其余9個磁極線圈中最大阻抗磁極相差19.5%(同匝數(shù)磁極阻抗相差≤5%)，因此判斷1#磁極存在穩(wěn)定性的匝間短路，同時發(fā)現(xiàn)線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，轉(zhuǎn)子繞組只用云母制成的襯墊作匝間絕緣，端部銅線的側(cè)面裸露著。

3.4.3 處理措施

1)對1#磁極應(yīng)用電流法查找短路部位并進行處理。

2)對線圈設(shè)計結(jié)構(gòu)不合理，采用加強絕緣的處理措施。磁極匝間絕緣處理，1#磁極短路線圈用聚酰亞胺薄膜隔離，加熱線圈灌注1 361絕緣漆，最后熱壓成形。對全部磁極用0.3 mm玻璃布包裹，進行加強絕緣處理。

3)磁極復(fù)裝，用行車吊起磁極，用0.2 MPa壓縮空氣清掃磁極落入T型槽時，防止磁極接頭碰環(huán)。用1 000 V搖表測絕緣電阻應(yīng)≥5 MΩ，最后打緊磁極鍵。

4)磁極掛裝及轉(zhuǎn)子圓度、標高測量調(diào)整環(huán)節(jié)嚴格控制在規(guī)范之內(nèi)。轉(zhuǎn)子圓度:測量部位應(yīng)有上、下2個部位，各半徑與平均半徑之差，不應(yīng)大于設(shè)計空氣間隙值的±5%。磁極標高偏差≤±1.0 mm。

3.5 動不平衡的處理

轉(zhuǎn)子及機組其它各部件回裝完畢后，進入機組機械振動處理階段，即通過配重改善機組動平衡性能。機組經(jīng)多次配重試驗后，最終在轉(zhuǎn)子上部兩個相鄰的風(fēng)扇上配重1.25 kg，轉(zhuǎn)子下端面配1.4 kg，機組的動不平衡基本得以消除。

3.6 5#機組檢修結(jié)束后動態(tài)試驗及試運行

5#機檢修結(jié)束后，對機組穩(wěn)定性工況進行了測試，在72 h試運行期間，機組擺度、振動、軸承溫度等主要技術(shù)指標符合規(guī)范。試驗數(shù)據(jù)見表4。

表4 大修前后主要運行技術(shù)指標 /μm

4 結(jié)語

本文詳細介紹了二郎壩電站5#機組振動超標重大隱患問題的檢修處理經(jīng)過，檢修后機組各項運行指標均符合國家規(guī)范要求，運行穩(wěn)定，檢修效果明顯，達到了預(yù)期的檢修目標。

[1] 唐明，方芳.水輪發(fā)電機組振動分析處理[J].甘肅水利水電技術(shù)，2007，43(04):34-35，37.

[2] 陳德興.水輪發(fā)電機組振動問題的實踐探討[J].云南電力技術(shù)，2001，29(02):26-28.

[3] 米文英.水輪發(fā)電機組振動原因分析[J].山西電力，2003(02):24-26.