巴基斯坦某電站4#機甩負(fù)荷后振擺不能恢復(fù)原因剖析及處理

李興邦

(哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

巴基斯坦某電站工程位于巴基斯坦克什米爾地區(qū)的尼拉姆河上。電站裝機4臺，總裝機容量963 MW。該4臺哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的水輪發(fā)電機結(jié)構(gòu)型式為立軸懸式全封閉雙路自循環(huán)空氣冷卻三相凸極同步發(fā)電機。運行中，電站4#機甩50%負(fù)荷后發(fā)現(xiàn)擺度振動增大，空載空轉(zhuǎn)后數(shù)據(jù)不能恢復(fù)。停機檢查發(fā)現(xiàn)磁極鍵有松動現(xiàn)象。

1 發(fā)電機技術(shù)參數(shù)

發(fā)電機主要技術(shù)參數(shù)如下。

發(fā)電機容量SN：265．5 MW

額定功率因數(shù)cosΦN：0．9

旋轉(zhuǎn)方向：俯視順時針

額定電壓UN：15．75 kV

額定電流IN：10 814 A

額定轉(zhuǎn)速nN：300 r/min

飛逸轉(zhuǎn)速nN：495 r/min

額定頻率fN：50 Hz

相數(shù)m：3

定轉(zhuǎn)子繞組絕緣等級：F

冷卻方式：全空冷

發(fā)電機飛輪力矩GD2：>7 540 tm2

轉(zhuǎn)子支架為圓盤式焊接結(jié)構(gòu)。有10個主立筋，在廠內(nèi)與轉(zhuǎn)軸熱套在一起，轉(zhuǎn)子支架具有足夠的剛度和強度。磁軛沖片是由4 mm厚低合金高強度鋼板WDER650沖制而成，在工地疊壓成整體。在磁軛和轉(zhuǎn)子支架的鍵槽中打進(jìn)斜度1：200磁軛凸鍵，使磁軛與轉(zhuǎn)子支架徑向脹緊。轉(zhuǎn)子磁軛結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)子磁軛裝配示意圖

為了保證在低于分離轉(zhuǎn)速時，磁軛與支架間仍有一定的過盈，使得轉(zhuǎn)子磁軛與支架同步轉(zhuǎn)動，熱打鍵的緊量必須符合設(shè)計要求[1]。巴基斯坦某電站磁軛熱打鍵的單邊緊量為1.25 mm。磁軛打鍵時必須加熱磁軛，加熱溫度應(yīng)達(dá)到使磁軛的徑向熱膨脹量與分離轉(zhuǎn)速時由離心力產(chǎn)生的徑向變形量相等[2]。

轉(zhuǎn)子是發(fā)電機組的心臟，是變換能量和傳遞轉(zhuǎn)矩的主要部件。轉(zhuǎn)子磁軛等裝配質(zhì)量的好壞直接影響到機組的安全穩(wěn)定運行。轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足足夠的剛度和強度，在飛逸轉(zhuǎn)速時不發(fā)生有害變形并在任何工況下不得失去穩(wěn)定。

在磁極和磁軛離心力的作用下，磁軛要徑向脹大，磁軛與轉(zhuǎn)子支架之間會出現(xiàn)間隙。水輪發(fā)電機和電網(wǎng)解列或甩負(fù)荷時，機組轉(zhuǎn)速將升高。為防止過速時因磁軛與轉(zhuǎn)子支架分離而產(chǎn)生偏心振動，必須保證磁軛與轉(zhuǎn)子支架同心。磁軛與轉(zhuǎn)子支架連接采用徑向和切向復(fù)合鍵結(jié)構(gòu)，如圖2所示。分離轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的1.15倍。

2 甩50%以上負(fù)荷后振擺不能恢復(fù)情況介紹

巴基斯坦某電站4#機甩50%負(fù)荷后發(fā)現(xiàn)，擺度振動增大， 空載空轉(zhuǎn)后數(shù)據(jù)不能恢復(fù)。先對轉(zhuǎn)子交流阻抗進(jìn)行試驗，排除磁極匝間短路。停機檢查發(fā)現(xiàn)磁極鍵有松動現(xiàn)象(過速試驗后未進(jìn)行磁極鍵打緊)。甩75%負(fù)荷后發(fā)生與甩50%負(fù)荷類似情況，擺度振動增大，空載空轉(zhuǎn)后數(shù)據(jù)不能恢復(fù)。甩75%負(fù)荷前后振擺數(shù)據(jù)見表1。

圖2 轉(zhuǎn)子磁軛復(fù)合鍵結(jié)構(gòu)

表1 甩75%負(fù)荷前后振擺數(shù)據(jù)

4#機甩50%負(fù)荷磁極鍵打入深度比3#機過速試驗后磁極鍵打入深度大得多，分析轉(zhuǎn)子磁極掛裝質(zhì)量和轉(zhuǎn)子磁軛裝配質(zhì)量不好。現(xiàn)場操作者回憶，4#機磁極掛裝前，磁軛沖片參差不齊(分析磁軛疊裝時整形不好)。甩50%負(fù)荷后，機組轉(zhuǎn)速能達(dá)到351.1 r/min(超過分離轉(zhuǎn)速)。

根據(jù)筆者多年從事水輪發(fā)電機組的安裝調(diào)試指導(dǎo)工作經(jīng)驗，結(jié)合《百龍灘水電廠3號機轉(zhuǎn)子事故原因剖析》[3]，機組甩負(fù)荷后空載、空轉(zhuǎn)振擺基本上能恢復(fù)到初始狀態(tài)，不能恢復(fù)說明發(fā)電機轉(zhuǎn)動部分存在異?，F(xiàn)象，需檢查處理。

3 分析問題

原因分析及建議：

(1) 現(xiàn)場對上導(dǎo)、下導(dǎo)的抱瓦應(yīng)存在虛抱現(xiàn)象。對上導(dǎo)、下導(dǎo)的重新抱瓦有助于減小擺度。上下導(dǎo)軸承為油浸式自循環(huán)和巴氏合金結(jié)構(gòu)。在瓦背面裝有能將徑向力傳遞給機架的球面支柱，瓦背面和球面支柱之間墊有不同厚度的薄墊片，用以調(diào)整導(dǎo)瓦與滑轉(zhuǎn)子之間的裝配間隙。上導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)如圖3所示。

(2) 現(xiàn)場對千斤頂?shù)砂丛O(shè)計壓縮量要求進(jìn)行調(diào)整后，有助于改善上機架受力情況，減小上導(dǎo)擺度。千斤頂?shù)山Y(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3 上導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)

圖4 千斤頂?shù)山Y(jié)構(gòu)

(3) 現(xiàn)場做配重試驗只能消除機械不平衡，對電磁不平衡只能部分糾正。調(diào)整抱瓦和千斤頂?shù)桑荒芫徑?，并不能改變?0%以上負(fù)荷后振擺不能恢復(fù)的趨勢。

(4) 請制造廠對設(shè)計緊量進(jìn)行核算，設(shè)計緊量可保證轉(zhuǎn)子磁軛與固定部件不發(fā)生相對運動。其余3臺機甩50%、75%負(fù)荷后空載空轉(zhuǎn)擺度振動均能恢復(fù)正?！，F(xiàn)場操作者回憶，4#機實際磁軛熱加墊厚度未達(dá)到設(shè)計要求。

所以4#機甩50%、75%負(fù)荷后空載空轉(zhuǎn)擺度振動不能恢復(fù)根本原因在于轉(zhuǎn)子磁軛裝配質(zhì)量及熱打鍵的加墊厚度未滿足設(shè)計緊量要求。根據(jù)磁軛副鍵的打緊檢查，磁軛副鍵的打緊緊度也不夠。

DL/T 5230—2009《水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子現(xiàn)場裝配工藝導(dǎo)則》[4]7．12．2對設(shè)計要求為熱加墊的磁軛鍵有明確要求。根據(jù)其“冷”打鍵階段裝配實測徑向間隙值和設(shè)計要求的預(yù)緊量，以及磁軛圓度或同心度的調(diào)整要求，計算確定各磁軛鍵熱加墊的厚度。

根據(jù)制造廠家的《磁軛疊裝工藝守則》中，“測量立筋槽底和沖片槽與磁軛凸鍵間隙值并記錄”的要求測量的兩個間隙值和設(shè)計圖紙對熱打鍵緊量，以及磁軛圓度或同心度的調(diào)整要求，取頂部、中部及底部間隙測量的平均值，計算出應(yīng)墊墊片厚度值。

DL/T 5230—2009《水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子現(xiàn)場裝配工藝導(dǎo)則》7．12．7 3磁軛熱打緊鍵后，打緊磁軛副鍵。等磁軛自然冷卻后，再拔出副鍵，檢查、修理其接觸面應(yīng)達(dá)70%以上；在其各工作面涂二硫化鉬潤滑脂后，再用大錘在凸鍵兩側(cè)對稱打緊。復(fù)查其小頭的楔入深度，應(yīng)與凸鍵下端平齊，多余部分切除。

DL/T 507—2014《水輪發(fā)電機組啟動試驗規(guī)程》[5]6．5．5過速試驗停機后應(yīng)進(jìn)行如下檢查：全面檢查發(fā)動機轉(zhuǎn)動部分，如轉(zhuǎn)子磁軛鍵、磁極鍵、阻尼環(huán)及磁極引線、磁軛壓緊螺桿等有無松動或移位。

4 解決問題

(1) 選用3 kg左右的大錘對磁軛副鍵用大錘進(jìn)行打緊，甩50%負(fù)荷后，空載空轉(zhuǎn)振擺情況明顯改善。甩75%負(fù)荷后，空載空轉(zhuǎn)振擺不能恢復(fù)。在熱態(tài)下打緊磁軛副鍵，凸鍵起不到作用時，副鍵頂替。

(2) 對上下導(dǎo)瓦間隙進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)存在上下導(dǎo)瓦虛抱現(xiàn)象，按圖紙要求進(jìn)行抱緊。

(3) 重新調(diào)整發(fā)電機導(dǎo)瓦間隙后，進(jìn)行甩75%負(fù)荷試驗，空載空轉(zhuǎn)振擺基本恢復(fù)初始狀態(tài)。進(jìn)行動平衡試驗，加配重。在熱態(tài)下打緊磁軛副鍵。

(4) 甩100%負(fù)荷試驗，空載空轉(zhuǎn)擺度恢復(fù)到初始狀態(tài)，振動基本恢復(fù)到初始狀態(tài)。打緊磁軛副鍵。進(jìn)行緊急&事故停機試驗(25%、50%、75%、100%)之后打緊磁軛副鍵。

電機實際是凸鍵緊量不夠未起到應(yīng)有的作用，通過反復(fù)打緊磁軛副鍵使其起到凸鍵的作用，磁軛副鍵的圖紙要求如圖5所示。磁軛副鍵最大打入深度45 mm，打緊磁軛副鍵后測量如圖6所示。

圖5 磁軛副鍵的圖紙要求

圖6 打緊磁軛副鍵后測量圖

5 結(jié)語

建議類似這類高轉(zhuǎn)速機組一定要注意磁軛疊裝質(zhì)量[6]，磁軛熱打鍵加墊厚度應(yīng)列入驗收記錄進(jìn)行質(zhì)量控制。廣東某抽蓄電站發(fā)電電動機動平衡相位常出現(xiàn)變化的原因之一也是磁軛鍵松動。本文通過對巴基斯坦某電站4#機甩負(fù)荷后振擺問題的處理，對振擺不能恢復(fù)的原因進(jìn)行分析，并提解決方案。對其他電站甩負(fù)荷后振擺不能恢復(fù)的處理，有一定的參考和借鑒作用。