富山一級電站2號機組振動與串動的分析及處理

李東進，干　超

(1．臺州市黃巖區(qū)富山電站管理局,浙江■臺州■318023；2.水利部農(nóng)村電氣化研究所，浙江■杭州■310012；3.水利部農(nóng)村水電工程技術(shù)研究中心，浙江■杭州■310012)

1　電站概況

富山一級電站位于浙江省臺州市黃巖區(qū)寧溪鎮(zhèn)方家岙村，屬跨流域引水式高水頭電站。全站共裝有2臺沖擊式臥式水輪發(fā)電機組，容量為2×8 000 kW，最高水頭為485 m，設(shè)計水頭為440 m。

機組水輪機型號CJA237—W—143/2×12.5，發(fā)電機型號SFW8000—10/2150，轉(zhuǎn)速為600 r/min，布置型式為二支點。電站年設(shè)計發(fā)電量3 280萬kW·h，以調(diào)峰為主。水庫正常蓄水位為582 m，相應(yīng)庫容為792 m3。

電站于1998年10月建成投產(chǎn)發(fā)電。因原水輪機轉(zhuǎn)輪較易發(fā)生空蝕，2002年更換成不銹鋼整體鑄造轉(zhuǎn)輪。

2　電站機組故障現(xiàn)象

2014年5月，運行人員在巡檢機組時發(fā)現(xiàn)2號機組前軸承座瓦蓋螺栓有松動現(xiàn)象，經(jīng)技術(shù)人員現(xiàn)場檢查，未發(fā)現(xiàn)運行中的機組有異?，F(xiàn)象，就把前軸承座瓦蓋螺栓擰緊，要求運行人員加強關(guān)注。晚上機組停機，運行人員發(fā)現(xiàn)機組有串動現(xiàn)象，聲音有點異常。

次日，2號機組開機前，技術(shù)人員與運行人員對其進行了全面檢查，未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。但在開機空轉(zhuǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)機組來回串動，幅度較大，目測約有5 mm，且機組伴有輕微異常聲音(見表1)。

表1　2號機組水輪機前導(dǎo)軸承振動值

由表1測得的數(shù)據(jù)可知：水輪機前導(dǎo)軸承在空轉(zhuǎn)和空載的時候，水平和垂直振動最大，其中垂直振動達到了0.45 mm，而且空轉(zhuǎn)時有軸向串動，串動幅度達到了4 mm；但是在空載時，軸向振動消失了。機組帶上負荷并逐漸增加，機組的振動值逐漸減小，并減小到正常范圍，一直到滿負荷8 000 kW時機組均未有異常，也不發(fā)生串動現(xiàn)象。

機組逐漸減少負荷，到2 000 kW時發(fā)現(xiàn)機組振動加大；到解列時，機組振動較大，振動幅度與并網(wǎng)前相差不大。去掉勵磁后，機組來回串動，幅度4 mm，振動情況與并網(wǎng)前空轉(zhuǎn)相同。

3　機組振動原因分析及處理

水輪發(fā)電機組振動的原因很復(fù)雜，主要有水力、機械、電氣等三個方面的原因。沖擊式水輪機水力振動是由于轉(zhuǎn)輪空蝕、射流不正或不均、尾水位過高等；機械振動是由于機械部分力不平衡引起的振動，如轉(zhuǎn)動部分重量不平衡、軸線偏差、擺度過大；電氣振動是由于電氣方面原因造成發(fā)電機磁場不平衡而引起的振動，如發(fā)電機三相不對稱運行或發(fā)電機發(fā)生短路過障等。

水輪發(fā)電機組振動雖不可避免但若能將振動限制在允許的范圍內(nèi)，就能確保機組的安全正常運行；否則，振動會使機組部分連接緊固件松動、斷裂，使各轉(zhuǎn)動部件和靜止部件之間產(chǎn)生摩擦甚至掃膛而損壞；引起機組零部件或焊縫的疲勞，形成并擴大裂縫甚至斷裂；加速機組轉(zhuǎn)動部分磨損，軸瓦溫度升高、燒毀。水輪機共振引起的后果更嚴重，如機組設(shè)備振動與廠房共振可使整個設(shè)備與廠房遭到破壞。

針對2號機組發(fā)生的振動現(xiàn)象，根據(jù)表1中的檢測數(shù)據(jù)，原因分析如下：

當(dāng)機組帶3 000 kW以上負荷時，機組振動在許可范圍內(nèi)，且勵磁電流大小與振幅無關(guān)，排除電氣原因。

當(dāng)時尾水水位不高，補氣暢通，且機組滿負荷運行時無異常，若射流方向與轉(zhuǎn)輪面不平行，則機組所帶負荷越多，振動會越厲害，因此也排除水力原因。

經(jīng)過綜合分析，主要有以下幾個方面因素造成上述振動現(xiàn)象：一是與主軸和轉(zhuǎn)輪螺栓連接緊密有關(guān)，在歷年的檢修過程中均發(fā)現(xiàn)2號水輪機主軸端部鐵板與螺栓焊接的焊縫每年都有裂縫，說明轉(zhuǎn)輪與主軸有相對滑動。查閱2002年轉(zhuǎn)輪安裝時的資料發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時轉(zhuǎn)輪與主軸間隙有0.15 mm，轉(zhuǎn)輪孔徑偏大，且自轉(zhuǎn)輪更換以來，多次更換聯(lián)接鍵。現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)主軸與轉(zhuǎn)輪間隙發(fā)展到最大處有0.30 mm。二是與機組運行工況有關(guān)，在開機空轉(zhuǎn)與帶少量負荷時，轉(zhuǎn)輪、主軸、鍵三者之間摩擦力小于轉(zhuǎn)輪重力，在旋轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生相對移動，到負荷加大時，水力作用在轉(zhuǎn)輪上，摩擦力變大，轉(zhuǎn)輪與主軸之間無相對運動，故帶較大負荷時機組能正常運行。三是與電站運行方式有關(guān)，富山一級電站95%以上運行時間是峰電運行，開停機頻繁，轉(zhuǎn)輪與主軸之間磨擦次數(shù)較多，間隙逐漸變大。

通過與廠家溝通，廠方派技術(shù)人員到現(xiàn)場查看后與本單位技術(shù)人員協(xié)商，確定解決方案如下：由于當(dāng)時水庫水位較高，且在臺汛期間，先對其作臨時處理，即在轉(zhuǎn)輪與軸四周之間間隙加墊銅片，待到枯水期運轉(zhuǎn)輪到廠家處理。

4　機組串動原因分析與處理

2號機組開機空載時，轉(zhuǎn)輪中心與水力中心不重合，導(dǎo)致主軸來回串動，發(fā)電機升壓后，受電磁力作用，主軸向發(fā)電機側(cè)串行；停機滅磁后，電磁力消失，主軸向水機側(cè)移動。串動現(xiàn)象說明轉(zhuǎn)輪中心與噴嘴水力中心不重合，轉(zhuǎn)輪中心與轉(zhuǎn)子中心之間距離偏小。

解決方案是在轉(zhuǎn)輪與主軸之間加墊1個環(huán)，環(huán)厚度先墊2 mm，若還有串動則再墊2 mm。

5　結(jié)　語

廠家派技術(shù)人員在裝配過程中發(fā)現(xiàn)，主軸與轉(zhuǎn)輪接觸的范圍內(nèi)中間凸起，兩邊偏?。辉蚴寝D(zhuǎn)輪中間有1個空腔，中間部分平時不與主軸接觸，長期運行后，由于轉(zhuǎn)輪與主軸配合有問題，產(chǎn)生相對移動，久而久之，接觸部分因磨損而減小。技術(shù)人員現(xiàn)場對其打磨處理，現(xiàn)運行了3年多，均未發(fā)現(xiàn)異常。

參考文獻：

[1]王玲花.水輪發(fā)電機組振動及分析[M].鄭州：黃河水利出版社，2011.

[2]黃華珍.水輪發(fā)電機組振動原因和處理分析[J].陜西水利，2014(4)：108_109.

[3]GB/T 8564—2003,水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范[S].