三板溪電廠4號(hào)機(jī)組水導(dǎo)擺度偏大分析及處理

王 偉，龍海軍

（五凌電力有限公司三板溪電廠，貴州 錦屏556700）

1 概述

三板溪水電站位于貴州省錦屏縣沅水干流上游清水江中下游，距縣城25km，為沅水梯級(jí)開(kāi)發(fā)的龍頭水庫(kù)。工程以發(fā)電為主，兼有防洪、航運(yùn)、梯級(jí)補(bǔ)償?shù)染C合效益。水庫(kù)總庫(kù)容40.94億m3，具有多年調(diào)節(jié)性能，正常蓄水位475.00m。電廠安裝4臺(tái)單機(jī)容量為255MW的水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量1020MW，年發(fā)電量24.28億kW·h。電廠選用哈爾濱電機(jī)廠生產(chǎn)的立式水輪發(fā)電機(jī)組，型號(hào)為HLA855-LJ-505。其主要技術(shù)參數(shù)如下：

水輪機(jī)額定功率：256.5MW（單機(jī)）

額定水頭：128m

最大水頭：156.5m

最小水頭：97m

導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中心線(xiàn)高程：313.45m

額定轉(zhuǎn)速：166.7r/min

飛逸轉(zhuǎn)速：315r/min

旋轉(zhuǎn)方向：俯視順時(shí)針

2 故障情況

4號(hào)機(jī)組自2018年4月15號(hào)（水頭：105m）運(yùn)行以來(lái)，一直存在水導(dǎo)擺度偏大問(wèn)題（同等工況、同水頭下相對(duì)于1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)機(jī)組）。如表1所示。

3 原因分析

3.1 現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)

表1 同工況下水導(dǎo)擺度、上機(jī)架振動(dòng)對(duì)比

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)查看，相同工況下，現(xiàn)場(chǎng)利用離線(xiàn)設(shè)備對(duì)4號(hào)機(jī)組水導(dǎo)X向擺度、上機(jī)架Y向水平振動(dòng)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)，結(jié)果表明：在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)值與離線(xiàn)設(shè)備測(cè)值略有差別，但差別不大，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)值準(zhǔn)確可靠。

表2 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)值與離線(xiàn)設(shè)備測(cè)值比較

3.2 測(cè)點(diǎn)波形及頻譜分析

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)4號(hào)機(jī)組分別進(jìn)行了60MW、80MW、85MW工況的變負(fù)荷試驗(yàn)。各工況點(diǎn)水導(dǎo)X向擺度、上機(jī)架Y向水平振動(dòng)的幅值見(jiàn)表3。

表3 變負(fù)荷試驗(yàn)振動(dòng)表

各工況下水導(dǎo)擺度、上機(jī)架水平振動(dòng)測(cè)點(diǎn)波形、頻譜圖見(jiàn)圖1～圖3。

圖1 60MW工況水導(dǎo)擺度、上機(jī)架水平振動(dòng)波形、頻譜圖

圖2 80MW工況水導(dǎo)擺度、上機(jī)架水平振動(dòng)波形、頻譜圖

圖3 85MW工況水導(dǎo)擺度、上機(jī)架水平振動(dòng)波形、頻譜圖

結(jié)果表明，上機(jī)架水平振動(dòng)由60MW增加至85MW過(guò)程中，幅值變化較小，水導(dǎo)擺度存在明顯上升；通過(guò)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置頻譜分析，60MW、80MW工況水導(dǎo)擺度未見(jiàn)低頻分量，85MW工況存在明顯低頻分量，即機(jī)組進(jìn)入渦帶區(qū)，受尾水渦帶影響，大軸擺度上升明顯；60MW、80MW工況尾水管進(jìn)人門(mén)處存在較大噪聲，85MW工況尾水管進(jìn)人門(mén)處噪聲明顯減少。

根據(jù)混流式水輪機(jī)的基本原理，混流式水輪機(jī)在偏離設(shè)計(jì)工況運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)輪出口水流發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在尾水管內(nèi)形成渦帶，水流產(chǎn)生壓力脈動(dòng)，使水輪機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定。根據(jù)偏離設(shè)計(jì)工況的情況，可將水輪機(jī)運(yùn)行工況分為葉道渦區(qū)、渦帶區(qū)、穩(wěn)定區(qū)。此外，還有葉片進(jìn)口背面脫流區(qū)，出口脫流區(qū)等。

當(dāng)前水頭下，60MW、80MW工況為葉道渦區(qū)，其特點(diǎn)為水壓脈動(dòng)頻率相對(duì)較高、機(jī)組噪音較大；85MW工況為渦帶區(qū)，其特點(diǎn)為水壓脈動(dòng)主要為低頻，易引起機(jī)組擺度上升。

圖4 混流式水輪機(jī)穩(wěn)定區(qū)域劃分示意圖

通過(guò)上述分析可知4號(hào)機(jī)組較其他機(jī)組水導(dǎo)擺度偏大的原因可能是由于機(jī)組軸線(xiàn)曲折、瓦間隙分布不合適引起，同時(shí)在部分工況受尾水管渦帶的影響，水導(dǎo)擺度將進(jìn)一步上升。

4 處理方法

在4號(hào)機(jī)組C級(jí)檢修中，電廠通過(guò)對(duì)稱(chēng)抱緊4塊下、水導(dǎo)瓦盤(pán)上導(dǎo)的方式的對(duì)機(jī)組進(jìn)行盤(pán)車(chē)，盤(pán)車(chē)記錄如表4所示。

表4 盤(pán)車(chē)記錄 單位：0.01mm

三板溪電廠水輪發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)數(shù)為166.7r/min，根據(jù)《GB8564-2003水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)電機(jī)軸上軸承處軸頸及法蘭，相對(duì)擺度應(yīng)該不大于0.03mm/m，水輪機(jī)軸導(dǎo)軸承處軸頸相對(duì)擺度應(yīng)該不大于0.05mm/m，集電環(huán)絕對(duì)擺度不應(yīng)該大于0.50mm，任何情況下水輪機(jī)導(dǎo)軸承處的絕對(duì)擺度不得超過(guò)0.35mm。

相對(duì)擺度就是絕對(duì)擺度（mm）與測(cè)量部位至鏡板距離（m）之比值。我廠上導(dǎo)至鏡板的距離為5.29m，下導(dǎo)至鏡板的距離為1.935m，主軸法蘭至鏡板的距離為3.805m，水導(dǎo)至鏡板的距離為6.68m，由此可以算出各部位各盤(pán)車(chē)點(diǎn)的相對(duì)擺度，顯然是符合《GB8564-2003水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的。

取上導(dǎo)設(shè)計(jì)瓦半徑值為875mm做標(biāo)準(zhǔn)軸承圓，分析盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)上導(dǎo)處最大擺度出現(xiàn)在3號(hào)與4號(hào)點(diǎn)之間且偏向3號(hào)點(diǎn)，同時(shí)此處的值為負(fù)值，參考上導(dǎo)處的凈全擺度（最大值7.56）以0.0756mm為直徑做機(jī)組實(shí)際中心的軌跡圓，由于此時(shí)的絕對(duì)擺度為負(fù)值，間隙圓的圓心應(yīng)在最大擺度值處，以此為圓心，設(shè)計(jì)半徑值加上此處設(shè)計(jì)的瓦間隙值（875+0.19）做間隙圓，將實(shí)際瓦的位置對(duì)應(yīng)到相同的坐標(biāo)系內(nèi)，測(cè)量瓦中心線(xiàn)與2個(gè)圓之間的距離即可得到瓦間隙。

圖5 8號(hào)瓦（與+X方向偏差15°）處間隙示意圖

三板溪電廠上導(dǎo)單邊設(shè)計(jì)間隙：0.15～0.20mm；下導(dǎo)單邊設(shè)計(jì)間隙：0.15～0.20mm；水導(dǎo)單邊設(shè)計(jì)間隙：0.18～0.22mm。據(jù)此對(duì)上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)間隙分配見(jiàn)表5。

表5 機(jī)組導(dǎo)軸承間隙分配表

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)檢修后盤(pán)車(chē)記錄分配瓦間隙后，4號(hào)機(jī)組運(yùn)行至今各導(dǎo)軸承瓦溫均在規(guī)范范圍以?xún)?nèi)，水導(dǎo)擺度由檢修前平均320μm下降至平均168μm左右，水導(dǎo)擺度偏大問(wèn)題得到徹底解決，為同類(lèi)型機(jī)組處理類(lèi)似故障提供了參考。