亭子口電站機(jī)組運行中振動的分析

畢潤松

（嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪 628400）

亭子口電站機(jī)組運行中振動的分析

畢潤松

（嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪 628400）

振動對于水輪發(fā)電機(jī)組是極其嚴(yán)重的危害,它不但降低機(jī)組的工作效率,影響機(jī)組安全運行,還會加快損壞機(jī)組部件,導(dǎo)致事故的發(fā)生。由于水輪發(fā)電機(jī)組在運行中產(chǎn)生振動現(xiàn)象是不可避免的,所以如何解決處理發(fā)電機(jī)組振動故障是水電站必須面對的問題,通過分析水電站水輪機(jī)組振動危害及其產(chǎn)生的原因,使機(jī)組安全、穩(wěn)定運行是很有必要的。

水輪機(jī)；機(jī)組狀態(tài)；振擺；優(yōu)化運行

1　水輪發(fā)電機(jī)組振動故障因素

1.1負(fù)荷或補(bǔ)氣試驗

在不同水頭下改變機(jī)組的負(fù)荷，進(jìn)而檢測水頭在不同負(fù)荷狀態(tài)下的振幅和接力器行程，進(jìn)而繪制出相應(yīng)的關(guān)系：

A=f（N）或A=f（L）

式中A——振幅，mm

L——接力器行程，mm

N——發(fā)電機(jī)有用功率，kW

結(jié)果，當(dāng)振幅伴隨著機(jī)組負(fù)荷的變化而同向變化的時候，并且軸承處的變化幅度比其他部位明顯，那么造成機(jī)組振動的最主要原因就是水力的不平衡。

假如振動只是在某一個負(fù)荷區(qū)域變化比較強(qiáng)烈，其他區(qū)域振動明顯減弱，那么造成機(jī)組振動的最主要原因就是尾水管中可能產(chǎn)生了偏心渦帶。

此外，再對機(jī)組振動較為強(qiáng)烈的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)氣實驗，再次檢測軸承處的振動幅度，如果補(bǔ)氣前后存在著較為明顯的出入，那么造成機(jī)組振動的最主要原因就是尾水管中可能產(chǎn)生了偏心渦帶。

1.2勵磁試驗

機(jī)組在額度轉(zhuǎn)速下，投入勵磁系統(tǒng)，機(jī)組各部件會伴隨著勵磁電流的變化而變化。假如振幅會隨著勵磁電流同向變化，那么引起機(jī)組振動的主要原因就是不平衡磁拉力的存在，這個時候就需要進(jìn)一步檢測發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子的空氣隙是不是均勻存在的，用的磁極線圈有沒有發(fā)生短路的情況。

1.3轉(zhuǎn)速試驗

啟停機(jī)組，分別在各種轉(zhuǎn)速下測量機(jī)組典型部位（上導(dǎo)、推力下導(dǎo)、水導(dǎo)）的振幅。

比如，機(jī)組的轉(zhuǎn)速在60%到100%的額定范圍內(nèi)，振幅是比較大的，對轉(zhuǎn)速進(jìn)行改變也不會對振幅造成較為明顯的變動，并且振動的頻率也會和機(jī)組轉(zhuǎn)動的頻率相同，此時，機(jī)組振動的原因大都是因為軸承存在一定的間隙、主軸的零部件存在磨損等（如上風(fēng)洞內(nèi)擋風(fēng)板）。

2　亭子口電站1號機(jī)組振區(qū)測試試驗分析

（1）試驗水頭

試驗水頭見表1。

（2）綜合分析機(jī)組在各水頭下振動區(qū)的運行工況

1）1號機(jī)組毛水頭為65.2m時的振區(qū)

1號機(jī)組在上游水位為438.6m，下游水位為373.4m時，機(jī)組最大能帶228MW負(fù)荷。機(jī)組按20 MW負(fù)荷遞增試驗，對負(fù)荷變化時各振動、擺度進(jìn)行全程監(jiān)測。在整個帶負(fù)荷變化過程中發(fā)現(xiàn)，機(jī)組在并網(wǎng)至60MW負(fù)荷區(qū)間受小開度下流態(tài)紊亂影響，導(dǎo)致大軸產(chǎn)生隨機(jī)振動，機(jī)組在80MW至160MW負(fù)荷區(qū)間受尾水管壓力脈動影響，各振動、擺度均形成了典型的低頻水力振動波形且通頻幅值明顯增大。在180MW及以上負(fù)荷時，各振動、擺度測值均較大的小于規(guī)程要求的限定值，機(jī)組運行穩(wěn)定性優(yōu)秀。

2）1號機(jī)組毛水頭為68.35m時的振區(qū)

1號機(jī)組在上游水位為441.06m，下游水位為372.71m時，機(jī)組最大能帶235MW負(fù)荷。機(jī)組按25MW負(fù)荷遞增試驗，對負(fù)荷變化時各振動、擺度進(jìn)行全程監(jiān)測。在整個帶負(fù)荷變化過程中發(fā)現(xiàn)，機(jī)組在并網(wǎng)至75MW負(fù)荷區(qū)間受小開度下流態(tài)紊亂影響，導(dǎo)致大軸產(chǎn)生隨機(jī)振動，從而致使水?dāng)[表現(xiàn)為隨機(jī)高頻波形；機(jī)組在80MW至170MW負(fù)荷區(qū)間受尾水管壓力脈動的影響，各振動、擺度均形成了典型的低頻水力振動波形且通頻幅值明顯增大，其低頻頻率主要為0.23倍轉(zhuǎn)頻，這種低頻水力振動現(xiàn)象一直持續(xù)到175MW附近才漸趨消失。在175MW及以上負(fù)荷時，各振動、擺度測值均較大的小于規(guī)程要求的限定值，機(jī)組運行穩(wěn)定性優(yōu)秀。

3）1號機(jī)組毛水頭為73.6m時的振區(qū)

1號機(jī)組在上游水位為447.4m，下游水位為373.8m時，機(jī)組可帶滿負(fù)荷運行。機(jī)組按20MW負(fù)荷遞增試驗，對負(fù)荷變化時各振動、擺度進(jìn)行全程監(jiān)測。在整個帶負(fù)荷變化過程中發(fā)現(xiàn)，機(jī)組在并網(wǎng)至80MW負(fù)荷區(qū)間受小開度下流態(tài)紊亂影響，導(dǎo)致大軸產(chǎn)生隨機(jī)振動，從而致使水?dāng)[表現(xiàn)為隨機(jī)高頻波形；機(jī)組在80MW至180MW負(fù)荷區(qū)間受尾水管壓力脈動的影響，各振動、擺度均形成了典型的低頻水力振動波形且通頻幅值明顯增大，其低頻頻率主要為0.23倍轉(zhuǎn)頻，這種低頻水力振動現(xiàn)象一直持續(xù)到200MW附近才漸趨消失。在200MW及以上負(fù)荷時，各振動、擺度測值均較大的小于規(guī)程要求的限定值，機(jī)組運行穩(wěn)定性優(yōu)秀。

4）1號機(jī)組毛水頭為78.1m時的振區(qū)

1號機(jī)組在上游水位為450.9m，下游水位為372.8m時，機(jī)組可帶滿負(fù)荷運行。機(jī)組按20MW負(fù)荷遞增試驗，對負(fù)荷變化時各振動、擺度進(jìn)行全程監(jiān)測。在整個帶負(fù)荷變化過程中發(fā)現(xiàn)，機(jī)組在并網(wǎng)至60MW負(fù)荷區(qū)間受小開度下流態(tài)紊亂影響，導(dǎo)致大軸隨機(jī)振動，從而致使水?dāng)[表現(xiàn)為隨機(jī)高頻波形；機(jī)組在80MW至180MW負(fù)荷區(qū)間受尾水管壓力脈動的影響，各振動、擺度均形成了典型的低頻水力振動波形且通頻幅值明顯增大，其低頻頻率主要為0.23倍轉(zhuǎn)頻，這種低頻水力振動現(xiàn)象一直持續(xù)到200MW附近才漸趨消失。在200MW以上時，各振動、擺度測值均較大的小于規(guī)程要求的限定值，機(jī)組運行穩(wěn)定性優(yōu)秀。

5）1號機(jī)組毛水頭為83.7m時的振區(qū)

1號機(jī)組在上游水位為457.4m，下游水位為373.7m時，機(jī)組可帶滿負(fù)荷運行。機(jī)組按20MW負(fù)荷遞增試驗，對負(fù)荷變化時各振動、擺度進(jìn)行全程監(jiān)測。在整個帶負(fù)荷變化過程中發(fā)現(xiàn)，機(jī)組在并網(wǎng)至60MW負(fù)荷區(qū)間受小開度下流態(tài)紊亂影響，導(dǎo)致大軸隨機(jī)振動，從而致使水?dāng)[表現(xiàn)為隨機(jī)高頻波形；機(jī)組在80MW至180MW負(fù)荷區(qū)間受尾水壓力脈動的影響，各振動、擺度均形成了典型的低頻水力振動波形且通頻幅值明顯增大，其低頻頻率主要為0.23倍轉(zhuǎn)頻，這種低頻水力振動現(xiàn)象一直持續(xù)到200MW附近才漸趨消失。在200MW以上時，各振動、擺度測值均較大的小于規(guī)程要求的限定值，機(jī)組運行穩(wěn)定性優(yōu)秀。

（3）綜合分析五個水頭的試驗，我們認(rèn)為機(jī)組大致應(yīng)分為四個負(fù)荷運行區(qū)域，即小開度區(qū)、水力振動區(qū)、過渡區(qū)和穩(wěn)定運行區(qū)。見圖1：不同水頭下運行區(qū)域劃分示意圖。

圖1　不同水頭下運行區(qū)域劃分示意圖

3　亭子口電站機(jī)組優(yōu)化運行的必要性

（1）根據(jù)月度發(fā)電計劃加強(qiáng)與水情、計劃營銷的溝通，合理分配、申報每日負(fù)荷曲線。

（2）根據(jù)調(diào)度下發(fā)的日負(fù)荷曲線，結(jié)合當(dāng)前上游來水量以及機(jī)組水頭情況，進(jìn)行機(jī)組間負(fù)荷的最優(yōu)分配；在調(diào)整負(fù)荷過程中，要減少機(jī)組穿越振動區(qū)的時間。

（3）在機(jī)組小負(fù)荷工況下運行時加強(qiáng)設(shè)備巡視，注意監(jiān)視各軸承擺度和瓦溫，發(fā)現(xiàn)異常及時進(jìn)行處理。

（4）對水頭變化后，機(jī)組各負(fù)荷振動情況做好記錄。

（5）機(jī)組在負(fù)荷低谷時進(jìn)行倒換。

（6）合理安排廠用電運行方式，降低廠用電率。

（7）發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷及時聯(lián)系處理。

4　結(jié)論

（1）機(jī)組在小開度負(fù)荷區(qū)受流態(tài)不穩(wěn)定影響，各振動、擺度表現(xiàn)為隨機(jī)高頻波形，同時，該運行區(qū)域機(jī)組效率低，建議減少該區(qū)間的運行時間。

（2）機(jī)組在水力振動負(fù)荷區(qū)時，通頻幅值增大明顯，對機(jī)組長期安全穩(wěn)定運行造成影響，建議在條件允許的情況下，避開該區(qū)運行。

（3）低頻水力振動區(qū)在過渡區(qū)漸趨消失，在該區(qū)域?qū)C(jī)組安全穩(wěn)定影響不大。

（4）機(jī)組在穩(wěn)定區(qū)運行，各振動、擺度測值均處于規(guī)程要求的優(yōu)秀范圍內(nèi)，可長期安全穩(wěn)定運行。

[1]四川中鼎科技有限公司.亭子口1號機(jī)組全水頭振動區(qū)界定試驗報告（編號：ZDKJ/BG14-472）[Z].

[2]黃銳，肖志懷，蔡維由.水輪發(fā)電機(jī)組振動故障的模糊診斷法[J].云南水力發(fā)電，2005（6）.

TV737

B

1672-5387（2016）11-0046-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.11.016

2016-09-07

畢潤松（1983-），男，助理工程師，從事水電站運行工作。