河口水電站2 號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組振擺異常分析處理

郭貴彬，陳濤偉

（五凌電力四川九源電力開發(fā)有限責(zé)任公司，四川 甘孜 626000）

0 引言

河口水電站位于九龍縣子耳鄉(xiāng)境內(nèi)，電站由首部樞紐、引水系統(tǒng)、廠區(qū)樞紐3 部分組成。電廠總裝機(jī)容量36 MW，安裝2 臺(tái)18 MW 的立式混流式機(jī)組（額定水頭219 m），是子耳河流域最后一級(jí)電站。2021 年1 月2 號(hào)機(jī)組檢修后試運(yùn)行工況急劇惡化，主要是水導(dǎo)軸承溫度高（最高到63.4 ℃），下機(jī)架振動(dòng)超標(biāo)（振動(dòng)X 方向最高到178 μm，根據(jù)水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范要求該部位振動(dòng)值不超過50 μm）,嚴(yán)重影響河口電站設(shè)備運(yùn)行安全。

1 事件描述

河口水電站2 號(hào)機(jī)組自2006 年發(fā)電機(jī)以來，機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)較好，振動(dòng)擺度均在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

1.1 2 號(hào)機(jī)組B 級(jí)檢修后數(shù)據(jù)

2021 年1 月19 日，河口2 號(hào)機(jī)組完成B 級(jí)檢修，更換其導(dǎo)水機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)輪后，開機(jī)運(yùn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)均合格，運(yùn)行數(shù)據(jù)詳見表1。

表1 2 號(hào)機(jī)組檢修后開機(jī)運(yùn)行振擺數(shù)據(jù)表

1.2 運(yùn)行后振擺情況

（1）2021 年1 月22 日15：00，運(yùn)行監(jiān)視發(fā)現(xiàn)機(jī)組帶7 MW 負(fù)荷時(shí)，下機(jī)架振動(dòng)由40.6 μm 上升至87.5 μm，機(jī)組各軸承擺度同步增加，振擺變化后機(jī)組水導(dǎo)軸承溫度無明顯變化(突變前為51.9 ℃，突變后為52.0 ℃)。由于振擺的突變，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了停機(jī)檢查，檢查發(fā)現(xiàn)下機(jī)架4 個(gè)支腿與基礎(chǔ)板接觸面有松動(dòng)現(xiàn)象，隨后對(duì)下機(jī)架螺栓及支腿與基礎(chǔ)板接觸面進(jìn)行焊接加固；21：30 開機(jī)帶7 W 負(fù)荷運(yùn)行發(fā)現(xiàn)機(jī)組振擺仍有擴(kuò)大趨勢(shì)(停機(jī)時(shí)下機(jī)架振動(dòng)X 方向最高已達(dá)112 μm)，詳見表2。

表2 2 號(hào)機(jī)組帶負(fù)荷振擺異常數(shù)據(jù)表

2 原因分析

河口水電站水輪發(fā)電機(jī)組為立軸懸式混流式機(jī)組，由于水輪發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造成水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)擺度增加的原因有很多，根據(jù)混流式電站機(jī)組特性及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，造成振動(dòng)、擺度增加的因素主要有水力因素、機(jī)械因素及電氣因素。

2.1 水力因素

檢查過流部件及轉(zhuǎn)輪實(shí)際情況：檢查轉(zhuǎn)輪未發(fā)現(xiàn)卡塞異物（石頭、木頭等），檢查轉(zhuǎn)輪進(jìn)出口尺寸偏差（表3）及導(dǎo)葉開度（表4），各部位尺寸均未發(fā)現(xiàn)超設(shè)計(jì)要求，排除因轉(zhuǎn)輪卡塞異物引起水力不平衡導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)。

表3 轉(zhuǎn)輪進(jìn)、出口開度檢查表

表4 導(dǎo)葉開度檢查表

2.2 機(jī)械因素

查閱檢修調(diào)試及運(yùn)行相關(guān)記錄情況如下：

（1）軸線(水力動(dòng)中)檢查：機(jī)組推中后，調(diào)整上導(dǎo)瓦間隙為0.03 mm，下部為自由狀態(tài)，進(jìn)行鋼性盤車前推盤一圈回“0”位，方法正確、各區(qū)域所測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)有效、合格，水導(dǎo)軸領(lǐng)處全擺最大值為0.07 mm，機(jī)組中心在同一軸線。

（2）新更換的轉(zhuǎn)輪返廠聯(lián)軸校擺合格(轉(zhuǎn)輪全擺度為：0.02 mm、水機(jī)大軸軸領(lǐng)全擺度為：0.05 mm)，且導(dǎo)葉在捆綁后做銷孔鉆孔，推拉桿水平及同軸度等數(shù)據(jù)合格，機(jī)組連續(xù)2 d 帶負(fù)荷運(yùn)行穩(wěn)定，水導(dǎo)瓦溫及擺度無異常變化。

（3）機(jī)組定中后測(cè)量空氣間隙數(shù)據(jù)為（X：22.4 mm，-X：21.6 mm；Y：22.2 mm，-Y：21.8 mm），各半徑與平均半徑之差均不超過設(shè)計(jì)空氣間隙的±4%，機(jī)旁監(jiān)視三相電流平衡。

（4）2021 年1 月23～24 日，機(jī)組空轉(zhuǎn)、空載試驗(yàn)，機(jī)組各軸承(特別是水導(dǎo)軸承)及機(jī)架振擺正常，但隨著時(shí)間推移，2 號(hào)機(jī)組下機(jī)架基礎(chǔ)振動(dòng)后各軸承擺度明顯增加，現(xiàn)場(chǎng)分析轉(zhuǎn)輪進(jìn)出水邊反止口、控制不同軸和水力不平衡等水機(jī)部分問題影響較小，側(cè)重發(fā)電機(jī)下導(dǎo)及以上部分原因引起下機(jī)架振動(dòng)。后經(jīng)商議決定對(duì)已發(fā)現(xiàn)的下機(jī)架基礎(chǔ)松動(dòng)采取以定子基礎(chǔ)為支點(diǎn)，對(duì)稱四角添加機(jī)械千斤頂和焊接金屬支點(diǎn)（使用大軸連接螺栓配合10 mm 鋼板）的方式作為下機(jī)架輔助固定點(diǎn)（在使用機(jī)械千斤頂支固時(shí)發(fā)現(xiàn)下機(jī)架整體輕易可推動(dòng)約0.08 mm），在下機(jī)架中心不變情況下加固，開機(jī)測(cè)試仍無法抵消機(jī)組徑向振動(dòng)情況，下機(jī)架振動(dòng)擺度仍持續(xù)上升。

2.3 電氣因素

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)2 號(hào)機(jī)組在各狀態(tài)（空轉(zhuǎn)狀態(tài)下50%、75%、100%額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，機(jī)組帶50%、75%、100%額定負(fù)荷運(yùn)行）進(jìn)行試驗(yàn)。通過試驗(yàn)觀測(cè)機(jī)組振擺狀態(tài)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)觀測(cè)情況：2 號(hào)機(jī)組在空載及帶負(fù)荷狀態(tài)下，運(yùn)行初期振動(dòng)、擺度值變化幅度不大，均滿足規(guī)范要求；軸瓦及油槽油溫均滿足規(guī)范及主機(jī)生產(chǎn)廠家技術(shù)要求；隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，下機(jī)架振動(dòng)及擺度逐漸增加，此時(shí)軸瓦及油槽油溫?zé)o明顯變化。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)分析，基本排除了水力因素及電氣原因造成的振動(dòng)、擺度增加；因此在接下來的工作中重點(diǎn)對(duì)機(jī)械因素進(jìn)行分析，可根據(jù)條件對(duì)其余可能造成振擺增加的因素進(jìn)行逐一排查，具體原則為先從可能性較大的、工作量相對(duì)較小的因素進(jìn)行排查。

3 處理過程

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果4 月6 日電廠組織專業(yè)人員對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組機(jī)械因素引起機(jī)組振擺變大進(jìn)行分析討論，確定由專業(yè)人員根據(jù)討論結(jié)果對(duì)可能引起振動(dòng)、擺度增大的情況進(jìn)行排查處理。首先拆除下導(dǎo)軸承油盆蓋下圈毛氈運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見表5及表6。

表5 4 月6 日2 號(hào)機(jī)組振動(dòng)擺度記錄表（拆除下導(dǎo)軸承油盆下圈毛氈后）

表6 4 月6 日2 號(hào)機(jī)組下機(jī)架分頻數(shù)據(jù)記錄表（拆除下導(dǎo)軸承油盆下圈毛氈后）

根據(jù)表中運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，拆除下導(dǎo)軸承油盆蓋下圈毛氈后在此方式下2 號(hào)機(jī)組運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)、擺度值均在規(guī)范要求范圍內(nèi)，說明2 號(hào)機(jī)組之前出現(xiàn)的“下機(jī)架振動(dòng)、擺度隨著運(yùn)行時(shí)間增加而增加”的問題得到了較好地解決，此次處理達(dá)到了較好的效果。

4 結(jié)論

根據(jù)拆除的下導(dǎo)軸承油盆蓋下圈毛氈磨損情況及處理后機(jī)組的運(yùn)行情況分析，引起本次2 號(hào)機(jī)組振動(dòng)、擺度異常的主要原因?yàn)椤鞍l(fā)電機(jī)下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子與下導(dǎo)軸承油盆蓋密封毛氈的摩擦，導(dǎo)致下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子溫度升高，造成局部熱膨脹，引起振動(dòng)、擺度的增加”。根據(jù)本次處理情況及該機(jī)組設(shè)計(jì)要求確定各軸承油盆蓋軸密封部位間隙要求，檢修時(shí)嚴(yán)格控制各軸承油盆蓋部位間隙，確保油盆蓋處間隙滿足設(shè)計(jì)要求。