懸吊式機(jī)組故障判別的關(guān)聯(lián)分析

朱占宏

(浙江江能建設(shè)有限公司，浙江杭州310004)

0 引 言

任何一個(gè)機(jī)組上的故障都會(huì)從運(yùn)行工況上得到體現(xiàn)，有些故障從表象上看具有單一性，有些故障體現(xiàn)出多面性，其原因有裝備制造工藝上造成的，屬先天不足；有安裝或檢修質(zhì)量上造成的，屬后天人為。發(fā)生運(yùn)行故障后應(yīng)從多方面入手進(jìn)行分析判斷，筆者認(rèn)為所有故障均有其關(guān)聯(lián)性，表象未必是實(shí)質(zhì)，只有進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析才能排除干擾，直達(dá)故障的實(shí)質(zhì)，現(xiàn)從以下幾個(gè)方面舉例論述關(guān)聯(lián)分析。

1 因果關(guān)聯(lián)

機(jī)組的任何故障均會(huì)以一種能感觀到的形式出現(xiàn)，它所表達(dá)的任何“果”均有其因，通過(guò)現(xiàn)象分析其本來(lái)的性質(zhì)是我們判斷一種故障經(jīng)常碰到的。

1.1 故障案例

某水電站為懸吊型混流式機(jī)組，每次在進(jìn)行開(kāi)機(jī)操作的過(guò)程中均會(huì)導(dǎo)致大量導(dǎo)水機(jī)構(gòu)連板上竄，上竄量達(dá)20 mm；且翦斷銷翦斷，約為全導(dǎo)葉的1/3，故障部位位于2個(gè)接力器之間。

1.2 分析過(guò)程

(1)導(dǎo)葉連板的上竄由控制環(huán)的上抬引起，即故障現(xiàn)象比較單一，與其他設(shè)備并無(wú)緊密聯(lián)系，即故障范圍應(yīng)固定于導(dǎo)水機(jī)構(gòu)本身，包括控制環(huán)、接力器、導(dǎo)葉連板、拐臂等，導(dǎo)葉屬水下結(jié)構(gòu)不在故障之列。連板及拐臂位置相對(duì)固定，不會(huì)是故障的誘因。

(2)故障源的范圍就只剩下接力器和控制環(huán)(見(jiàn)圖1)，這種結(jié)構(gòu)的有桿腔(活塞截面S2)與無(wú)桿腔(活塞截面S1)在額定油壓作用下，通過(guò)接力器的一推一拉，其受力相差約為10 t。

圖1接力器示意

(3)控制環(huán)自身重量為1.5 t，接力器作用點(diǎn)的高度為900 mm，2只接力器合力的力矩遠(yuǎn)大于控制環(huán)自身重量加導(dǎo)水機(jī)構(gòu)限制力產(chǎn)生的力矩，導(dǎo)致控制環(huán)產(chǎn)生單邊上翹。

(4)改變接力器結(jié)構(gòu)，減小2只接力器作用力偏差可有效的解決此故障。

對(duì)于大致范圍明確并與其他設(shè)備關(guān)聯(lián)程度不高的故障點(diǎn)，宜通過(guò)這種因果關(guān)聯(lián)進(jìn)行分析，排除外界干擾，抓住重點(diǎn)，集中主要精力攻克。另外，在有限的故障范圍內(nèi)通過(guò)排除和篩選，進(jìn)一步縮小查找故障的范圍，減輕解決難題的工作量。

2 現(xiàn)象關(guān)聯(lián)

當(dāng)某些故障發(fā)生后其表現(xiàn)形式往往并不單一，故障會(huì)以兩個(gè)甚至兩個(gè)以上的現(xiàn)象呈現(xiàn)出來(lái)，這個(gè)時(shí)候我們應(yīng)該從這些不同現(xiàn)象里找出具備發(fā)生故障的共同點(diǎn)。有時(shí)，這些不同現(xiàn)象的故障是系統(tǒng)性的，逐一檢查和排除將消耗掉我們大量的時(shí)間和精力，因此找出多個(gè)集合的“交集”將起到事半功倍的效果。

2.1 故障案例

某水電站單機(jī)容量29 MW，立軸懸吊式水輪發(fā)電機(jī)組建成投產(chǎn)后經(jīng)4個(gè)月的運(yùn)行，在一次例行回訪中目測(cè)發(fā)現(xiàn)集電環(huán)的擺度偏大，后測(cè)量推力頭處的擺度達(dá)到0.90 mm，已經(jīng)嚴(yán)重超標(biāo)。另外，從軸電流表計(jì)上顯示，機(jī)組的軸電流為10 A，也已經(jīng)超過(guò)設(shè)定的報(bào)警值。

2.2 分析過(guò)程

這兩個(gè)故障現(xiàn)象看起來(lái)并不相關(guān)，但卻真實(shí)的呈現(xiàn)出來(lái)。一般情況下機(jī)組擺度超標(biāo)的原因一是瓦間隙調(diào)整不合格使機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分沿圓周作無(wú)限制的運(yùn)動(dòng)；二是機(jī)組軸線超標(biāo)使運(yùn)行擺度偏大。

造成軸電流超標(biāo)的主要因素就是由于軸電壓過(guò)大并經(jīng)絕緣損壞的軸承形成電流通路(常規(guī)思路不應(yīng)將軸電流裝置的損壞及電磁干擾作為分析的重點(diǎn))。機(jī)組軸電壓無(wú)法完全避免，只有大小不同。任何引起磁通不平衡的因素都將產(chǎn)生漏磁通，轉(zhuǎn)子大軸在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中交鏈漏磁通并在軸端感應(yīng)軸電壓，包括定轉(zhuǎn)子氣隙不均勻、定轉(zhuǎn)子匝間短路、轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地及兩點(diǎn)接地等；但只要阻斷形成電流的通路也就防止了軸電流(見(jiàn)圖2)。

2.3 關(guān)聯(lián)分析及故障發(fā)現(xiàn)過(guò)程

(1)機(jī)組擺度超標(biāo)、軸電流超標(biāo)，兩者看起來(lái)其實(shí)并不關(guān)聯(lián)，但兩者均涉及機(jī)組軸承，所以機(jī)組軸承為必查項(xiàng)目。

(2)懸吊式機(jī)組對(duì)推力軸承的拆解工作量相對(duì)較大，因此先從導(dǎo)軸承入手(水導(dǎo)軸承不是擺度大和軸電流大的推動(dòng)因素，因此水導(dǎo)軸承先行排除)。

(3)從工作量最小的測(cè)量導(dǎo)瓦的間隙入手，發(fā)現(xiàn)下導(dǎo)瓦總間隙達(dá)到1.0 mm(原設(shè)計(jì)單邊間隙最大0.15 mm)，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出要求。

(4)復(fù)查瓦的抗重螺栓及機(jī)架基礎(chǔ)，無(wú)松動(dòng)，排除松動(dòng)原因造成間隙偏差。

圖2機(jī)組絕緣部位示意

(5)將全部導(dǎo)瓦抽出，測(cè)量瓦的絕緣，發(fā)現(xiàn)部分導(dǎo)瓦的絕緣為0(要求導(dǎo)瓦絕緣值≥50 MΩ)，檢查瓦后背緊固螺栓(絕緣墊壓板與瓦之間的連接螺栓)已全部松動(dòng)。

(6)將瓦后背絕緣墊取出后，發(fā)現(xiàn)此墊腐蝕嚴(yán)重，部分已薄如紙片(見(jiàn)圖3、圖4)。

圖3絕緣墊的腐蝕狀況(一)

看似兩個(gè)不相關(guān)的現(xiàn)象，此時(shí)在這里找到了一個(gè)共同點(diǎn)。更換絕緣后，重新復(fù)裝，所有問(wèn)題均迎刃而解。

對(duì)于出現(xiàn)某些較為復(fù)雜的故障，有時(shí)會(huì)呈現(xiàn)出多個(gè)現(xiàn)象，這些現(xiàn)象往往存在著某些內(nèi)在關(guān)聯(lián)或是一個(gè)共同的故障源頭，分別判斷各自現(xiàn)象的起因，然后找到這些故障的共性對(duì)解決問(wèn)題可以起到有益的幫助。

圖4絕緣墊的腐蝕狀況(二)

3 性質(zhì)關(guān)聯(lián)

機(jī)組某些故障只是在一種特定的環(huán)境下出現(xiàn)，改變其運(yùn)行環(huán)境，故障消失。當(dāng)我們?cè)诠收檄h(huán)境中分析有困難的時(shí)候，不妨換一個(gè)環(huán)境，找出不同環(huán)境的本質(zhì)區(qū)別，也許會(huì)有一種“柳岸花明”、豁然開(kāi)朗的感覺(jué)。

3.1 故障案例

某水電站裝機(jī)容量3×38.3 MW，懸吊型混流式水輪發(fā)電機(jī)組。當(dāng)機(jī)組在空轉(zhuǎn)試驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)良后，開(kāi)始進(jìn)行相關(guān)電氣試驗(yàn)。做完機(jī)組短路升流試驗(yàn)后接著做機(jī)組的空載試驗(yàn)(零起升壓)，隨著電壓的逐漸加大，機(jī)組的擺度也呈遞增狀態(tài)，到最大時(shí)達(dá)到0.59 mm(見(jiàn)圖5、圖6)。

3.2 分析過(guò)程

單純的從在空載狀態(tài)時(shí)出現(xiàn)的故障來(lái)分析，其實(shí)是有一定難度的，甚至?xí)嗟脑陔姎夥矫嬲以?，分析可能就?huì)走入“死胡同”。筆者的關(guān)聯(lián)分析過(guò)程如下：

(1)機(jī)組在空轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)，運(yùn)行工況優(yōu)良，上導(dǎo)擺度為0.13 mm，下導(dǎo)擺度為0.17 mm，符合要求。機(jī)組的空轉(zhuǎn)態(tài)不受外力影響(水力影響除外)。

(2)在做短路升流時(shí)，轉(zhuǎn)子加上勵(lì)磁電流后，各導(dǎo)擺度的幅度并沒(méi)有出現(xiàn)明顯增大，只是擺度變化的頻率變大。

(3)在做零起升時(shí)，同樣也是轉(zhuǎn)子加上勵(lì)磁電流，各導(dǎo)擺度的幅度呈現(xiàn)出大幅變化。

(4)機(jī)組的空轉(zhuǎn)態(tài)不受外力影響，在轉(zhuǎn)子加上勵(lì)磁電流后，機(jī)組會(huì)受到電磁力矩的影響，但升流和升壓的受力是不一樣的。當(dāng)機(jī)組作空載運(yùn)行，定子出線斷開(kāi)，無(wú)定子電流，機(jī)組只受轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的影響。在做短路時(shí)，定子出線被短路，此時(shí)感應(yīng)出定子電流，其產(chǎn)生的磁場(chǎng)力矩會(huì)企圖阻礙轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，相較于空載態(tài)所受外力的合力為小。

圖5升壓時(shí)機(jī)組擺度波形圖

圖6短路升流機(jī)組擺度波形圖

(5)機(jī)組不加外力與施加外力所表現(xiàn)出來(lái)的狀態(tài)有著巨大的差別，那么限制這些外力(主要是徑向受力)的軸承到底起到作用了嗎？很顯然，出現(xiàn)如此大的擺度說(shuō)明軸承的限制作用是被弱化了的。

(6)打開(kāi)機(jī)組軸承測(cè)量瓦間隙，測(cè)量出的間隙與設(shè)計(jì)相差并沒(méi)有重大偏差，難道分析發(fā)生了偏差或是其他原因造成？重新整理思路認(rèn)為分析的思路是正確的，然后再次打開(kāi)軸承進(jìn)行一次全面檢查，發(fā)現(xiàn)瓦后背的絕緣墊不規(guī)則，主要受力部位“拱起”，這些“拱起”靠人工擰緊后并不能完全消除，但機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在瓦面受力后，可以非常輕松的擠壓這些“拱起”部位，受力撤銷后又回彈至原位。因此，看似測(cè)量準(zhǔn)確的間隙數(shù)據(jù)在機(jī)組運(yùn)行之后就顯示不那么真實(shí)了。

(7)找到問(wèn)題后，處理這些不規(guī)則的“拱起”就相對(duì)容易了，開(kāi)機(jī)、試驗(yàn)，問(wèn)題得到解決。

有時(shí)，我們遇到故障通過(guò)表象去發(fā)現(xiàn)實(shí)質(zhì)并沒(méi)有錯(cuò)，但也會(huì)受表象的蒙蔽，讓思路跑偏，那不妨換一個(gè)思路，換一個(gè)“環(huán)境”，因?yàn)楣收媳旧淼男再|(zhì)是相關(guān)聯(lián)的。另外，我們一旦確立了正確的分析思路，就不應(yīng)該輕易放過(guò)在檢查中出現(xiàn)的假象，如上文中提到在第一次打開(kāi)軸承測(cè)量間隙時(shí)，發(fā)現(xiàn)間隙無(wú)顯著變化，可能此時(shí)我們會(huì)推翻之前的判斷，那樣將使問(wèn)題變得復(fù)雜，分析思路也將脫離正確方向。

4 歷史關(guān)聯(lián)

一個(gè)故障正在發(fā)生，那么它的過(guò)去是怎么樣的情況？有時(shí)我們會(huì)很在意眼前的“進(jìn)行時(shí)”，忽略一些“過(guò)去時(shí)”，其實(shí)某些現(xiàn)在的故障正是過(guò)去故障的延續(xù)或是派生。

4.1 故障案例

浙江某水電站裝機(jī)容量4×50 MW，懸吊型混流式水輪發(fā)電機(jī)， 電廠反映隨著運(yùn)行的時(shí)間變長(zhǎng)，機(jī)組的下導(dǎo)擺度也在慢慢的變大，現(xiàn)已達(dá)到350 μm (已處在臨界超標(biāo)狀態(tài)(設(shè)計(jì)單邊間隙為0.15～0.20 mm)，但仍在慢慢變化)。筆者作為專項(xiàng)技術(shù)檢修的負(fù)責(zé)人，當(dāng)時(shí)對(duì)這些簡(jiǎn)單的描述還是有一點(diǎn)措手不及，但很快做了如下工作：

4.1.1 了解機(jī)組的運(yùn)行歷史

通過(guò)各方了解，大致掌握了如下事實(shí)：

(1)2015年5月份，這臺(tái)機(jī)組作過(guò)1次A級(jí)檢修，并進(jìn)行技術(shù)改造，加裝機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行檢測(cè)系統(tǒng)(即振動(dòng)、擺度裝置)；并做過(guò)動(dòng)平衡試驗(yàn)，在轉(zhuǎn)子上進(jìn)行過(guò)配重，配重點(diǎn)位于轉(zhuǎn)子下部。

(2)2015年8月，機(jī)組的擺度曾經(jīng)達(dá)到過(guò)600 μm，后通過(guò)調(diào)整瓦間隙的方式進(jìn)行了簡(jiǎn)單處理，處理后擺度值合格。

(3)2016年10月以后，電站運(yùn)行人員發(fā)覺(jué)機(jī)組的擺度一直緩慢變大(因?yàn)橹皵[度數(shù)據(jù)都是滿足要求的，也沒(méi)有作過(guò)仔細(xì)比對(duì))，但仍處于合格狀態(tài)。

4.1.2 查閱機(jī)組的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)

(1)機(jī)組各部瓦的運(yùn)行溫度正常，且無(wú)明顯偏差。

(2)技術(shù)改造后機(jī)組配重前的機(jī)架水平振動(dòng)為55 μm，配重后為25 μm，配重重量為92 kg。

(3)配重前上導(dǎo)擺度180 μm，下導(dǎo)擺度310 μm，水導(dǎo)擺度75 μm；配重后上導(dǎo)擺度170 μm，下導(dǎo)擺度240 μm，水導(dǎo)擺度70 μm。

4.2 分析過(guò)程

在掌握了上述情況后，筆者作了如下分析：

(1)技改前，機(jī)組的振動(dòng)、擺度雖為合格，但不是最佳，動(dòng)平衡試驗(yàn)是必要的，下導(dǎo)擺度逐漸加大與轉(zhuǎn)子配重并無(wú)必然聯(lián)系。

(2)通過(guò)調(diào)整瓦間隙的簡(jiǎn)易方式可以糾正下導(dǎo)擺度的問(wèn)題，但破壞了機(jī)組固定部分的同心度，使上、中、下三導(dǎo)軸承瓦的中心不在同一條鉛垂線上(因?yàn)檎{(diào)整瓦間隙是以機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)中心來(lái)確定同心度，運(yùn)行后停機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分處于不定的位置，且各瓦的松動(dòng)程度并無(wú)精確量化，使其調(diào)整就顯得更為主觀性和隨意性)。

(3)處于不同心的三導(dǎo)軸承在機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)后受力不均勻，甚至?xí)钶^大，當(dāng)其中某一塊或幾塊瓦受力巨大時(shí)(機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分會(huì)企圖克服導(dǎo)瓦的限制作用)，調(diào)整的間隙會(huì)慢慢增加，嚴(yán)重的可能會(huì)導(dǎo)致瓦、抗重螺栓及螺套的損壞。

(4)在瓦隙變大后，機(jī)組的測(cè)量擺度增加也就顯得“順理成章”了。

按此思路分析做了專項(xiàng)檢修方案，最后在實(shí)施過(guò)程中得到驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)其中有3塊導(dǎo)瓦的抗重螺栓螺套已發(fā)生位移。

了解一個(gè)人我們通常會(huì)從他的過(guò)去，知曉他的性格脾氣，人如此設(shè)備亦然，掌握機(jī)組的運(yùn)行歷史可以幫助我們分析機(jī)組的運(yùn)行特性，并最終找到“病因”。

5 結(jié) 論

對(duì)機(jī)組故障的分析判別就如同醫(yī)生治病的“望、聞、問(wèn)、切”，需要我們排除干擾，在錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系中找出最正確的那條線索。任何難題的解決都需要我們發(fā)揮自己的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，以知難而上的精神樂(lè)觀面對(duì)。