江西洪屏抽水蓄能電站1號機(jī)組振動分析與處理

唐擁軍，周喜軍

(國網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心，北京100161)

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江西洪屏抽水蓄能電站1號機(jī)組振動分析與處理

唐擁軍，周喜軍

(國網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心，北京100161)

洪屏抽水蓄能電站1號機(jī)組在啟動調(diào)試初期出現(xiàn)了機(jī)組振動過大和軸承瓦溫過高的現(xiàn)象，為此開展了軸瓦間隙調(diào)整和動平衡配重工作。在軸瓦間隙調(diào)整后，上、下導(dǎo)軸承瓦溫得到改善；在動平衡配重后，機(jī)組振動與主軸擺度變得較小。

1號機(jī)組；振動；主軸；動平衡；瓦溫；洪屏抽水蓄能電站

1 工程概況

江西洪屏抽水蓄能電站位于江西省靖安縣境內(nèi)，電站裝機(jī)容量1 200 MW，為周調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站。擔(dān)負(fù)江西電網(wǎng)和華中電網(wǎng)的調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、事故備用等運(yùn)行方式。設(shè)計年發(fā)電量17.43 億kW·h，年發(fā)電利用小時數(shù)1 453 h。電站共安裝4臺單機(jī)容量300 MW的混流可逆式水泵水輪機(jī)-發(fā)電電動機(jī)組，水泵水輪機(jī)采用上拆方式，發(fā)電電動機(jī)為懸式機(jī)組。電站裝設(shè)一套變頻啟動裝置(SFC)作為水泵工況的主啟動裝置，背靠背作為電站備用啟動方式。

電站1號機(jī)組于2016年3月進(jìn)入整組啟動調(diào)試，整組調(diào)試第一次開機(jī)啟動時發(fā)現(xiàn)機(jī)組存在振動過大，瓦溫過高的現(xiàn)象。于是后續(xù)對機(jī)組開展了動平衡配重和軸瓦間隙調(diào)整等處理工作。本文就1號機(jī)組的振動分析與調(diào)試期間開展的相關(guān)處理工作進(jìn)行介紹。機(jī)組基本參數(shù)見表1、2。

表1 水泵水輪機(jī)基本參數(shù)

型式額定出力/MW額定水頭/m額定流量/m3·s-1額定轉(zhuǎn)速/r·min-1凈水頭/m水泵工況揚(yáng)程/m最大最小最大最小吸出高度/m混流可逆式30654062.5500564520577539-70

表2 發(fā)電電動機(jī)基本參數(shù)

型式水輪機(jī)工況額定容量/MV·A電動工況額定容量/MW額定調(diào)壓范圍發(fā)電/水泵工況加權(quán)平均效率/%立式可逆式同步電機(jī)333.332518%±5%98.7/98.94

2 振動測試與分析

2.1 動不平衡分析

1號機(jī)組利用蓄水初期上庫少量水量進(jìn)行了水輪機(jī)方向轉(zhuǎn)動，來檢查機(jī)組轉(zhuǎn)動碰磨和振動擺度情況。水輪機(jī)方向機(jī)組緩慢升速過程，機(jī)組振動與主軸擺度幅值變化趨勢如圖1所示。主軸擺度與機(jī)組振動先隨著轉(zhuǎn)速的上升而明顯增大，機(jī)組轉(zhuǎn)速升至65%nr運(yùn)行幾分鐘后，上導(dǎo)與下導(dǎo)擺度幅值出現(xiàn)了明顯地下降，然后再隨著轉(zhuǎn)速地上升而增大，轉(zhuǎn)速升至86%nr時，上導(dǎo)、下導(dǎo)與水導(dǎo)擺度幅值分別為110、104、67 um，上機(jī)架水平振動幅值為173 um，上機(jī)架垂直振動幅值為91 um。機(jī)組運(yùn)行40多分鐘，上導(dǎo)與下導(dǎo)出現(xiàn)瓦溫過高現(xiàn)象，為防止燒瓦機(jī)組停機(jī)。

機(jī)組轉(zhuǎn)速快，主軸與軸瓦間油膜摩擦的線速度大，導(dǎo)致瓦溫迅速升高，瓦溫升高后，發(fā)生熱膨脹現(xiàn)象，使得軸瓦間隙變小，從而出現(xiàn)上導(dǎo)與下導(dǎo)擺度幅值減小。根據(jù)上述結(jié)果，可以判定機(jī)組轉(zhuǎn)動部件明顯存在不平衡質(zhì)量，另外，上導(dǎo)與下導(dǎo)軸瓦間隙偏小，需進(jìn)行軸瓦間隙調(diào)整與動平衡配重工作。

第一次開機(jī)最高轉(zhuǎn)速為86%nr，未到100%nr轉(zhuǎn)速，因此，停機(jī)后暫時只對軸瓦間隙進(jìn)行放大調(diào)整，未進(jìn)行動平衡配重，處理后進(jìn)行了第二次開機(jī)，此次最高轉(zhuǎn)速升至了95%nr，95%nr時上導(dǎo)、下導(dǎo)與水導(dǎo)擺度幅值分別為348、325 um及108 um，上下機(jī)架水平振動幅值分別為283 um和74 um?？梢姍C(jī)組振動明顯過大，不過瓦溫上升情況比上次得到好轉(zhuǎn)。

2.2 動平衡配重方法[1]

由測試結(jié)果可知，轉(zhuǎn)動部件存在不平衡質(zhì)量，需進(jìn)行動平衡配重，動平衡配重采用幅相影響系數(shù)法，原理如下：配重前測得初始振動矢量A0，然后停機(jī)加上試加質(zhì)量P，再次開機(jī)后測得由P和不平衡質(zhì)量的合成質(zhì)量引起的振動矢量為A01，則試加質(zhì)量P引起的振動為

A1=A01-A0

(1)

由此可得出幅相影響系數(shù)為

K=A1/P=(A01-A0)/P

(2)

根據(jù)A0即可計算出應(yīng)配質(zhì)量

M=-A0/K

(3)

續(xù)配質(zhì)量

MC=-A1/K

(4)

圖1 機(jī)組升速過程主軸擺度與上機(jī)架水平振動幅值變化趨勢

2.3 動平衡配重處理

水輪機(jī)方向空轉(zhuǎn)結(jié)束后，進(jìn)行了一次配重，因磁極引線對面沒有預(yù)配重，于是在磁極引線的對面進(jìn)行了一次配重，配重方案見表3，各配重方案后的振動擺度幅值統(tǒng)計見表4。配重后水泵方向啟動，利用SFC(靜止變頻裝置)拖動機(jī)組至100%nr。此時機(jī)組振動仍然很大，其中熱態(tài)下上導(dǎo)擺度、下導(dǎo)擺度與上機(jī)架水平振動幅值分別為298、219、 204 um，還需進(jìn)行配重處理。

考慮到磁極引線合成質(zhì)量約為170 kg，另外機(jī)組為懸式機(jī)組，在轉(zhuǎn)子下部配重對減小下導(dǎo)擺度有好處，于是后來將配重方案修改為4號主力筋上部30 kg，5號主力筋上部142 kg，下部10 kg。此次配重后水泵方向SCP工況，上機(jī)架水平振動幅值冷態(tài)為25 um，熱態(tài)為27 um，上機(jī)架垂直振動幅值冷態(tài)為21 um，熱態(tài)為36 um，下機(jī)架水平振動幅值冷態(tài)為27 um，熱態(tài)為24 um，下機(jī)架垂直振動幅值冷態(tài)為6 um，熱態(tài)為8 um，機(jī)組振動已較小。另外，上下機(jī)架水平振動幅值冷熱態(tài)變化不大，上機(jī)架垂直振動熱態(tài)比冷態(tài)略大；不過，上導(dǎo)擺度冷態(tài)幅值為159 um，熱態(tài)幅值為275 um，下導(dǎo)擺度冷態(tài)幅值為338 um，熱態(tài)幅值為182 um，可見上導(dǎo)與下導(dǎo)擺度幅值還偏大，且冷熱態(tài)幅值變化較大。針對機(jī)組振動與主軸擺度在冷態(tài)與熱態(tài)下的幅值不一致，分析原因如下：①機(jī)組轉(zhuǎn)速高，軸瓦受熱量大，發(fā)生熱膨脹現(xiàn)象，導(dǎo)致軸瓦間隙縮??；②軸承座、上下機(jī)架、大軸受熱后，其剛度發(fā)生不一致性的微小變化；③發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子可能發(fā)生不一致性的熱變形，導(dǎo)致重心發(fā)生微小改變。

由于主軸擺度還偏大，需進(jìn)一步優(yōu)化配重方案，為此對多種工況下的不平衡質(zhì)量相位進(jìn)行了分析，結(jié)果見表5。因水導(dǎo)擺度小，在配重分析中未考慮。結(jié)果發(fā)現(xiàn)各工況下的不平衡質(zhì)量相位不完全相同，最后選定300 MW熱態(tài)下的不平衡質(zhì)量相位(見圖2)作為配重基準(zhǔn)，上次配重方案中，轉(zhuǎn)子下部配重較輕，下導(dǎo)擺度下降不多，此外，上導(dǎo)擺度也減小不多，于是增加轉(zhuǎn)子下部質(zhì)量，并改變配重方位，后來將配重方案修改為4號主力筋上部115 kg，5號主力筋上部80 kg，6號主力筋下部90 kg。此次配重后，發(fā)電方向300 MW熱態(tài)下，上導(dǎo)擺度與下導(dǎo)擺度幅值分別為89 um和156 um。發(fā)電調(diào)相熱態(tài)下，上導(dǎo)擺度與下導(dǎo)擺度幅值分別為111 um和162 um，此外，機(jī)組振動也較小。可見此次配重后很好地解決了不平衡質(zhì)量引發(fā)的機(jī)組振動問題。

表3 配重方案

方案配重及工況一4號主力筋上部30kg;5號主力筋上部30kg;SFC拖動100%nr二4號主力筋上部30kg;5號主力筋上部142kg;5號主力筋下部10kg(抽水調(diào)相工況)三4號主力筋上部115kg;5號主力筋上部80kg;6號主力筋下部90kg(發(fā)電工況)

表4 配重后機(jī)組振動擺度統(tǒng)計

方案一方案二方案三冷態(tài)熱態(tài)冷態(tài)熱態(tài)300MW熱態(tài)發(fā)電調(diào)相熱態(tài)上導(dǎo)+X53829815927589111下導(dǎo)+X402219338182156162水導(dǎo)+X806381494851上機(jī)架水平26320425273840上機(jī)架垂直281921362818下機(jī)架水平614827242121下機(jī)架垂直13106866

表5 不平衡質(zhì)量相位統(tǒng)計 (°)

注：不平衡質(zhì)量相位為鍵相塊起始逆時針角度。

圖2 不平衡質(zhì)量相位

3 結(jié) 論

(1)機(jī)組振動(尤其上機(jī)架水平振動)隨著轉(zhuǎn)速的上升明顯增大，轉(zhuǎn)動部件明顯存在不平衡質(zhì)量。

(2) 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上部的磁極引線會造成轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，若轉(zhuǎn)子疊片時沒有考慮磁極引線造成的不平衡質(zhì)量，則動平衡配重的方位一般在磁極引線的對面。

(3)機(jī)組振動與主軸擺度在冷熱態(tài)下的幅值不一致，可能與機(jī)組結(jié)構(gòu)部件發(fā)生熱變形及剛度改變有關(guān)。

(4)利用幅相影響系數(shù)法，很好地解決了轉(zhuǎn)動部件不平衡質(zhì)量引發(fā)的機(jī)組振動過大問題。

(5)本機(jī)組振動測試分析與處理可以為別的電站碰到類似問題時提供技術(shù)參考。

[1]唐擁軍， 潘羅平， 李立罡. 幅相影響系數(shù)法在旋轉(zhuǎn)機(jī)械動平衡中的應(yīng)用[C]∥ 水電設(shè)備的研究與實(shí)踐——第十七次中國水電設(shè)備學(xué)術(shù)討論會論文集， 2009．

[2]張夢禾， 陳喜陽， 張潤時. 三峽左岸6號機(jī)組振動分析及量化征兆提取策略[J]. 水力發(fā)電， 2012， 38(4)： 24- 27．

[3]裴大雄， 趙正洪. 高壩洲水電站3號機(jī)組振動分析及處理[J]. 水力發(fā)電， 2002(3)： 61- 62．

[4]徐擎天， 陳垣熙， 孫建平， 等. 萬安水電站3號機(jī)組振動分析[J]. 水力發(fā)電， 2007， 33(2)： 94- 97．

(責(zé)任編輯 焦雪梅)

Analyses and Treatment on Vibration of Unit 1 of Hongping Pumped-storage Power Station

TANG Yongjun, ZHOU Xijun

(Technology Center of State Grid Xinyuan Company Ltd., Beijing 100161, China)

Excessive vibration and high bearing pad temperature of Unit 1 in Hongping Pumped-storage Power Station are appeared in the early commissioning stage. For solving above problems, the gaps between guide bearing pads are adjusted and the dynamic balance test are carried out. As a result, the temperature of upper and lower guide bearing pad is lowered, and the vibration of unit and the run out of main shaft become smaller．

Unit 1; vibration; main shaft; dynamic balance; bearing pad temperature; Hongping Pumped-storage Power Station

2016- 06- 20

唐擁軍(1979—)，男，湖南祁陽人，高級工程師，主要從事水電機(jī)組整組調(diào)試、故障診斷、信號分析與處理工作．

TV734(256)

A

0559- 9342(2016)08- 0087- 03