二郎壩電站5#機組振動超標分析與處理措施

李長寧，毛青海，陳自強

(陜西博能水電設備管理有限責任公司，陜西 漢中 723000)

1 電站概況

二郎壩水力發電公司二郎壩電站總裝機容量為3×2.5 MW，設計水頭60.9 m，額定轉速600 r/min，1999年初投產發電運行。機組型號:TF13-LJ-88，SF2500-10/2150，3 臺機組編號為5#、6#、7#水輪發電機組，1999年12月電站投產運行發電。

2 項目主要內容介紹

二郎壩電站機組投產發電運行后，5#機組運行水平振動超標(水平振動值為115 μm，垂直 40 μm，依據 GB 8564—88《水輪發電機組安裝技術規范》要求，額定轉速＞375 rpm，＜750 rpm的立式機組的水平振動≤50 μm，垂直振動≤30 μm)。在此后的幾年間，雖經安裝單位、生產廠家多次對機組進行過檢測和維修，但振動指標仍超出規范要求，為徹底消除這一安全隱患，電站對5#機組振動成因從多個方面分析查找，并采取有效施工步驟和方法，消除了機組振動超標隱患。

3 項目實施過程

3.1 5#機組的穩定性測試

試驗設備采用多通道水輪發電機組測試采集分析儀，分別做了機組變轉速、變勵磁、變負荷等試驗。

3.1.1 變轉速試驗

主要分析機械因素(動不平衡)對機組的影響。試驗時發電機轉子不加勵磁，機組以不同轉速運行穩定后，測量機組各部位的振動、大軸擺度。變轉速試驗數據見表1。

表1 變轉速試驗記錄表

3.1.2 變勵磁試驗

機組以額定轉速運行，調整勵磁電流分別取發電機空載額定轉速對應的勵磁電流的0～100%，實測勵磁電壓的變化，每工況穩定運行5 min，測量機組各部的振動、大軸的擺度，主要分析電磁因素(磁不平衡)對機組的影響。變勵磁試驗數據見表2。

表2 變勵磁試驗記錄

3.1.3 變負荷試驗

機組從并網后空載運行開始，負荷每增次加0.5 MW，逐步增加至額定水頭下最大負荷。每個工況下運行5 min，測試機組的各部振動和大軸擺度，此項試驗主要是查明水力因素對機組穩定性的影響。變負荷試驗數據見表3。

表3 變負荷試驗記錄表

3.2 試驗數據分析

1)變轉速試驗數據表明:機組上機架振動幅值隨轉速變化明顯，振動與機組的轉速平方比例關系明顯，機組轉動部分存在機械不平衡問題。

2)變勵磁試驗數據表明:機組振動隨勵磁電流的增加而明顯加大，且x，y方向的振動大小基本一致。機組加100%電壓空轉運行時，上機架水平 振動達120 μm，與機組100%轉速空轉工況相比，上機架水平振動增加了30～40 μm，但定子垂直振動一直較小，無明顯變化，說明機組存在較大的磁拉力不平衡。

3)變負荷試驗數據表明，機組振動、擺度隨負荷的變化有微小的變化，因此初步判定機組不存在不平衡水推力，水力因素對機組穩定性影響較小。

3.3 針對振動的成因，制定處理措施

1)機組振動測試數據分析表明:動不平衡和磁不平衡是機組產生振動的主要原因，而機組不存在不平衡水推力，因此對于水輪機部分不必再做檢查處理。

2)針對動不平衡問題，采取的措施是:對機組進行動平衡試驗，通過配重，糾正發電機轉動部分重心偏移問題，減小機組振動和大軸擺度，從而改善機組動平衡，提高機組運行穩定性。

3.4 轉子匝間短路的處理

3.4.1 轉子線圈交流阻抗試驗——匝間短路線圈的查找

采用PS180保護校驗儀、萬用表、鉗形電流表，采用校驗儀的恒流源給轉子各磁極加額定電流5 A，測試各磁極穩定的端電壓，計算、對比、分析轉子各磁極線圈交流阻抗值。

3.4.2 交流阻抗試驗數據分析判斷

轉子交流阻抗測試表明:1#磁極線圈交流阻抗與其余9個磁極線圈中最大阻抗磁極相差19.5%(同匝數磁極阻抗相差≤5%)，因此判斷1#磁極存在穩定性的匝間短路，同時發現線圈結構設計不合理，轉子繞組只用云母制成的襯墊作匝間絕緣，端部銅線的側面裸露著。

3.4.3 處理措施

1)對1#磁極應用電流法查找短路部位并進行處理。

2)對線圈設計結構不合理，采用加強絕緣的處理措施。磁極匝間絕緣處理，1#磁極短路線圈用聚酰亞胺薄膜隔離，加熱線圈灌注1 361絕緣漆，最后熱壓成形。對全部磁極用0.3 mm玻璃布包裹，進行加強絕緣處理。

3)磁極復裝，用行車吊起磁極，用0.2 MPa壓縮空氣清掃磁極落入T型槽時，防止磁極接頭碰環。用1 000 V搖表測絕緣電阻應≥5 MΩ，最后打緊磁極鍵。

4)磁極掛裝及轉子圓度、標高測量調整環節嚴格控制在規范之內。轉子圓度:測量部位應有上、下2個部位，各半徑與平均半徑之差，不應大于設計空氣間隙值的±5%。磁極標高偏差≤±1.0 mm。

3.5 動不平衡的處理

轉子及機組其它各部件回裝完畢后，進入機組機械振動處理階段，即通過配重改善機組動平衡性能。機組經多次配重試驗后，最終在轉子上部兩個相鄰的風扇上配重1.25 kg，轉子下端面配1.4 kg，機組的動不平衡基本得以消除。

3.6 5#機組檢修結束后動態試驗及試運行

5#機檢修結束后，對機組穩定性工況進行了測試，在72 h試運行期間，機組擺度、振動、軸承溫度等主要技術指標符合規范。試驗數據見表4。

表4 大修前后主要運行技術指標 /μm

4 結語

本文詳細介紹了二郎壩電站5#機組振動超標重大隱患問題的檢修處理經過，檢修后機組各項運行指標均符合國家規范要求，運行穩定，檢修效果明顯，達到了預期的檢修目標。

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