水輪發(fā)電機(jī)組擺度傳感器的安裝位置

張 瑞

（大唐四川電力檢修運(yùn)營(yíng)有限公司，四川 成都 610037）

1 引言

水輪發(fā)電機(jī)組擺度過大是一種有害現(xiàn)象，會(huì)影響到機(jī)組的使用壽命。擺度過大會(huì)造成瓦溫過高燒瓦、軸領(lǐng)局部過熱變形、轉(zhuǎn)輪與過流部件撞擊、零部件疲勞、軸承螺絲松動(dòng)等，這對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行來說相當(dāng)危險(xiǎn)，嚴(yán)重地威脅機(jī)組安全運(yùn)行。擺度通頻值大小通過電渦流傳感器測(cè)得，測(cè)量值是判斷機(jī)組是否安全運(yùn)行的重要數(shù)據(jù)，擺度測(cè)量準(zhǔn)確性至關(guān)重要[1，2]。

機(jī)組擺度過大，根據(jù)水輪發(fā)電機(jī)組的特性，產(chǎn)生原因主要有機(jī)組軸線折線度和垂直度不夠、軸承剛性不夠、動(dòng)不平衡、水力不平衡、傳感器問題等。如不是上述原因造成擺度過大，那么本文提出的水輪擺度安裝位置影響擺度測(cè)量值，為機(jī)組在線監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性提供參考。

2 擺度過大測(cè)試分析

2.1 機(jī)組概況

某電站2 號(hào)機(jī)組額定轉(zhuǎn)速214.3 r/min,額定負(fù)荷18 MW，推力是剛性支撐，水導(dǎo)瓦是橡膠材質(zhì)，水導(dǎo)單邊間隙300 μm，機(jī)組A 修后進(jìn)行驗(yàn)收試驗(yàn)[3]，第一次試開機(jī)水導(dǎo)擺度通頻值最大達(dá)到703 μm，各導(dǎo)軸承瓦溫正常，溫差不大，詳見表1。

表1 2 號(hào)機(jī)組開機(jī)后帶4.5 MW 負(fù)荷各穩(wěn)定性參數(shù)

2.2 機(jī)組擺度的測(cè)量及分析

檢查檢修數(shù)據(jù)記錄，盤車、推力瓦受力的數(shù)據(jù)合格，水導(dǎo)軸承剛性滿足設(shè)計(jì)要求，電渦流傳感器鑒定合格。經(jīng)25%nr、75%nr、100%nr速變轉(zhuǎn)速測(cè)試，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表2、表3、表4。

表2 2 號(hào)機(jī)組25%nr 上導(dǎo)、水導(dǎo)的數(shù)據(jù)

表3 2 號(hào)機(jī)組75%nr 上導(dǎo)、水導(dǎo)的數(shù)據(jù)

表4 2 號(hào)機(jī)組100%nr 上導(dǎo)、水導(dǎo)的數(shù)據(jù)

通過表2~ 表4 變轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)可以看出，水導(dǎo)擺度通頻值在25%nr達(dá)到400 多μm，但從25%nr~100%nr變轉(zhuǎn)速過程中，水導(dǎo)擺度通頻值變化很小，轉(zhuǎn)頻幅值接近通頻值，轉(zhuǎn)頻值相位基本不變。不滿足動(dòng)不平衡特征（轉(zhuǎn)頻幅值與轉(zhuǎn)速的平方基本成正比關(guān)系；同一位置的兩個(gè)擺度相位差基本成90°），未進(jìn)行變勵(lì)磁測(cè)試。2×頻分量基本沒有，機(jī)組軸線度符合設(shè)計(jì)要求。

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)、盤車數(shù)據(jù)、推力受力數(shù)據(jù)、傳感器線路校驗(yàn)可以肯定，水導(dǎo)擺度過大原因不是動(dòng)不平衡、主軸軸線度和垂直度、軸承剛性、傳感器等問題[4]。

3 機(jī)組擺度的安裝位置

通過相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，不是機(jī)組軸線折線度和垂直度不夠、軸承剛性不夠、動(dòng)不平衡、水力不平衡、傳感器問題等引起擺度過大。擺度過大，瓦溫正常，懷疑原安裝位置的擺度接近實(shí)際值。技術(shù)人員拆開水導(dǎo)軸承蓋，在水導(dǎo)瓦架位置增加安裝擺度傳感器，進(jìn)行空轉(zhuǎn)測(cè)試。

經(jīng)過空轉(zhuǎn)測(cè)試，水導(dǎo)兩處位置擺度測(cè)量相差很大，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表5。技術(shù)人員對(duì)原擺度傳感器安裝位置進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)被測(cè)主軸部位（見圖1 原傳感器安裝位置）在廠家未進(jìn)行精加工，加上未對(duì)該部位的圓度、中心進(jìn)行校驗(yàn)，此被測(cè)主軸部位與軸領(lǐng)不同心，說明擺度的安裝位置直接影響擺度測(cè)量的準(zhǔn)確性，擺度安裝位置是保證擺度測(cè)量準(zhǔn)確性的技術(shù)條件之一[5]。

圖1 水導(dǎo)傳感器的安裝位置

表5 2 號(hào)機(jī)組水導(dǎo)的數(shù)據(jù)

為保障機(jī)組水導(dǎo)軸承安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，在水導(dǎo)軸承處選主軸精工面安裝擺度傳感器（見圖1 現(xiàn)傳感器安裝位置，主軸精加工面與軸領(lǐng)同心）。再次開機(jī)對(duì)上導(dǎo)、水導(dǎo)擺度進(jìn)行測(cè)量，機(jī)組空載時(shí)水導(dǎo)擺度X 測(cè)量值280 μm，水導(dǎo)擺度Y 測(cè)量值234 μm，與瓦架處測(cè)量值相近，接近水導(dǎo)擺度實(shí)際值?？紤]到機(jī)組開機(jī)時(shí)間短、未帶負(fù)荷，水導(dǎo)軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)未建立。經(jīng)過72 h 滿負(fù)荷運(yùn)行，水導(dǎo)擺度X 保持210 μm，水導(dǎo)擺度Y 保持109 μm（見圖2），上導(dǎo)擺度變化很小。機(jī)組恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。

圖2 72 h 滿負(fù)荷水導(dǎo)擺度測(cè)試數(shù)據(jù)

圖3 電渦流工作原理圖

4 結(jié)語(yǔ)

電渦流傳感器的工作原理：當(dāng)接通傳感器系統(tǒng)電源時(shí)，在前置器內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高頻信號(hào)，該信號(hào)通過電纜送達(dá)探頭的頭部，在頭部周圍產(chǎn)生交變磁場(chǎng)H1。如果在磁場(chǎng)H1 的范圍沒有金屬導(dǎo)體接近，則發(fā)射到這一范圍內(nèi)的能量都會(huì)被釋放；反之，如果有金屬導(dǎo)體接近探頭頭部，則交變磁場(chǎng)H1 將在導(dǎo)體的表面產(chǎn)生電渦流場(chǎng)，該電渦流場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)方向與H1 相反的交變磁場(chǎng)H2，由于H2 的反作用，就會(huì)改變探頭頭部線圈高頻電流的幅度和相位，即改變了線圈的有效阻抗。這種變化既與電渦流效應(yīng)有關(guān)又與靜磁學(xué)效應(yīng)有關(guān)。

電渦流傳感器測(cè)量的主軸部位的圓度、油漆、污物等都會(huì)影響測(cè)量準(zhǔn)確性，擺度是水輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定性參數(shù)的重要指標(biāo)，擺度也是機(jī)組安全運(yùn)行分析數(shù)據(jù)之一，擺度過大必須停機(jī)檢查，消除機(jī)組故障，才能開機(jī)運(yùn)行。擺度測(cè)量準(zhǔn)確性至關(guān)重要。如擺度測(cè)量準(zhǔn)確性得不到保證，就會(huì)沒有任何經(jīng)濟(jì)價(jià)值，消耗水電站大量的資源，造成水電站資源浪費(fèi)。為了保障機(jī)組擺度的準(zhǔn)確性，擺度傳感器的安裝位置非常重要，同時(shí)，主軸部位必須是精加工面，圓度中心必須符合設(shè)計(jì)要求。白鶴灘、楊房溝電站某臺(tái)機(jī)組導(dǎo)軸承的擺度通過改變擺度傳感器的安裝位置，擺度幅值測(cè)量準(zhǔn)確性得到了保障。

擺度是水力發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定性參數(shù)的重要指標(biāo)，保障擺度測(cè)量準(zhǔn)確性，才能為水輪發(fā)電機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供重要的數(shù)據(jù)，有效地解決水輪發(fā)電機(jī)組各種故障。在保障傳感器定期檢定前提下，保障擺度測(cè)量準(zhǔn)確性，為水電站機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析數(shù)據(jù)提供保障。本文首次從試驗(yàn)測(cè)試和實(shí)際驗(yàn)證兩個(gè)方面，驗(yàn)證擺度安裝位置是影響測(cè)量值的重要因素。