太平灣電站機組盤車方法的改進

寧淑賢

（太平灣發電廠,遼寧 丹東 118000）

太平灣電站是鴨綠江干流上的第四級水電站,位于鴨綠江下游遼寧省丹東市境內,與朝鮮平安北道朔州方山里隔江相望,壩址下游距丹東40 km,距上游長甸電站29 km。電站由東北勘測設計院設計,水利水電第六工程局承建,主設備由哈爾濱電機廠有限責任公司制造。發電機型號為SF47.5-88/12640（1、2號機組）與SF47.5-104/12640 （3、4號機組）,水輪機型號為ZZ560A-LH-800,勵磁機型號為ZLS285/60-14。機組軸系由水輪機軸、發電機主軸、發電機轉子中心體、發電機副軸、勵磁機軸、操作油管等組成。

1 機組盤車的目的

盤車的目的是檢查大軸是否鉛垂;檢查轉動部件連接部分是否同心和存在曲折;檢查鏡板與主軸是否垂直;檢查轉子中心體與發電機主軸、發電機副軸是否垂直;檢查機組軸線是否合格;為軸線處理和調整提供了可靠的第一手資料;根據盤車結果計算并分配各部導軸承瓦的間隙等。因此,機組盤車是一項非常重要的工作。

2 傳統盤車方法存在的弊端

自太平灣電站機組1985年投入運行至今,一直沿用傳統的8點等角盤車方式,即在盤車前,首先在推力頭或上導軸領處將軸進行8等分,并按機組旋轉相反方向依次編號,然后分別在受油器上操作油管、中操作油管、勵磁機整流子、上集電環、下集電環、上導軸領、推力頭、發電機主軸法蘭、水導軸領等9個典型部位的x、y方向上各設1塊百分表,用于測量以上部位的盤車擺度,再根據測量結果通過手工繪制凈擺度曲線的方法求最大凈全擺度及其方位。這些方法的缺點如下。

a.由于機組轉動部件質量高、慣性大,在操作時隨機性較大,要準確停留在某個特定的軸號上非常困難,不是轉過頭就是轉不到位,使盤車數據與特定軸號對應不準,增加盤車擺度計算的誤差。

b.用人工方法繪制凈擺度曲線的步驟是：根據盤車測得各軸號下的數據,計算出各典型部位的凈擺度大小;以軸號為橫坐標、凈擺度為縱坐標,按照相同的比例,將各凈擺度點放入坐標系內;將各點輕輕連上;看擺度曲線是否符合正弦或余弦規律;檢查曲線的波峰和波谷是否相差180°;刪除個別偏離理論曲線的點;波峰和波谷的垂直距離即為最大凈全擺度的大小;曲線上波峰對應的位置即為最大凈全擺度的方位。但這種方法跟技術人員的業務水平和現場實際經驗關系很大,求取結果往往會因人而異。

c.傳統等角盤車方法在處理盤車數據時,無法有效克服測量斷面表面質量對數據處理結果的影響。

以上缺點導致計算盤車擺度的大小及方位具有一定的盲目性,直接影響了下一步主要旋轉部件找中心及軸線處理量的大小和方向確定,降低了盤車質量,直接影響了下一步軸線處理量的大小和方向,增加了軸線處理的重復次數,延誤檢修工期。

3 多點任意角盤車軟件的開發

3.1 機組擺度特性及數學模型的建立

水電機組盤車時旋轉軸的擺度特性在理論上遵循一條正弦曲線,曲線的橫坐標是盤車角度,縱坐標是盤車擺度值。機組盤車的擺度數據處理,其實質就是將一系列實測的有一定離散性的數據點,擬合成一條理論的正弦或余弦曲線問題。由于傳統盤車方法存在著不可克服的弱點,擺度計算又不能從整體考慮,由此產生誤差是顯而易見的。因此,依據最小二乘法原理,推導出機組盤車擺度計算公式,按計算公式進行實際盤車數據與理論盤車數據擬合,從而可方便地計算出各典型部位的擺度大小和方位,并將其編制成計算機程序,制成具有可視化的計算機界面,在機組盤車測量完畢后,只要將各測量部位的角度和絕對擺度錄入到計算機中,即可計算出最大凈全擺度及其方位,極大方便了檢修作業,起到事半功倍的效果。

設正弦曲線的數學模型為

式中 X——盤車點對應的角度,（°）;

f（X）——對應盤車角度下的理論擺度值, 0.01mm;

A——擺度曲線的幅值,0.01 mm;

B——擺度曲線的初相,（°）;

C——擺度曲線在縱坐標上的偏移值,0.01 mm。

3.2 正弦曲線的擬合及擺度計算

在表達式（1）中,A、B、C均為待定常數量。確定常數A、B、C最理想的情形是能使曲線f （X）=A sin（X+B）+C經過盤車點的測值所標出的各點,但實際上根本不可能。由于盤車中擺度測量存在測量誤差和隨機誤差,使得在這些盤車點上的測量值程度不同地偏離了這條擺度正弦曲線,因為無法知道測量過程中各點的實際誤差,只能運用最小二乘法原理對全部誤差作整體考慮,找出一條最接近實測擺度值的正弦曲線。因此要求選取這樣的A、B、C,使曲線f（X）=Asin（X+B）+ C在X1,X2,……,Xn處的理論函數值f（X1）,f （X2）,……,f（Xn）與實際測的盤車擺度值Y1, Y2,……,Yn相差都很小,要達到這樣的要求,可以考慮選取常數A、B、C,使得S=∑ni=1[f（Xi） -Yi]2最小來保證每個偏差的絕對值都很小。這種根據偏差的平方和為最小的條件來選擇常數A、B、C的方法,稱為最小二乘法。

將S看成自變量A、B、C的一個三元函數,那么該問題就可歸結為求函數S=S（A、B、C）在哪些點處取得最小值的問題。由求多元函數的極值理論可知,上述問題可以通過求方程組（2）的解來解決。

對以上方程組演繹求解發現,這是一組非線性方程組,求解非常困難,因此考慮作如下變換。

可推導出A=P2+Q2,最大擺度對應的方位角X即為擺度曲線上波峰對應的角度,由f（X） =PsinX-IQcosX+C的導數來確定。

即令f′（X）=PcosX-QsinX=0可求得：當P＞0、Q＞0時X值的范圍為0°＜X＜90°;當P＞0、Q＜0時X值的范圍為90°＜X＜180°;

當P＜0、Q＜0時X值的范圍為180°＜X＜270°;

當P＜0、Q＞0時X值的范圍為270°＜X＜360°。

經過上面變量代換后,偏差平方和S變成P、Q、C的函數。同理使S=S（P、Q、C）取得最小值的P、Q、C也滿足方程組

3.3 軟件開發

前面建立了多點任意角盤車的數學模型,但由于其盤車擺度的計算公式相當繁瑣,將其編制成計算機程序,盤車時將盤車數據作現場處理就十分方便。利用Visual Basic6.0軟件將上述公式編成計算機程序,制成具有可視化的計算機界面,并與數據庫連接,使計算和繪圖就變得簡單。

4 新方法在機組盤車過程中的應用

2008年9月,太平灣電站4號機組A級檢修開始,對自行設計開發的多點任意角盤車軟件進行首次應用,取得了較好的效果,盤車不再受轉角限制,只需在數據測量完畢后,將其錄入到圖1所示的計算機界面中,即可計算出機組各測量部位最大凈全擺度及其方位,見圖2。又通過對理論值與實際值比較,檢驗在盤車過程中所測得的實際數值偏離理論數值的程度和誤差,使數據分析更直觀,見圖3。根據用最小二乘法進行曲線擬合得到的數據,給下一步軸線處理指明了方向。

圖1 盤車數據錄入窗口

5 結論

機組盤車是機組安裝及檢修中的重要環節,對盤車數據進行分析處理的精度和準確度,對下一步機組主要旋轉部件找中心、軸線處理及導軸承瓦間隙計算、分配的影響是直接的,為了能夠更精確地處理盤車數據,應用最小二乘法的原理,編制開發多點任意角盤車軟件,在檢修現場對盤車數據進行處理,能夠更好地消除誤差,使數據處理結果真實可信。該方法理論嚴謹、工藝簡單、操作方便;盤車擺度計算精確、速度快;減少了檢修工期,提高了經濟效益;具有較大的推廣應用價值。