亭子口水電站機組上導擺度兩倍轉頻問題的研究與處理

張 賢 春 ， 吳 博， 韓 滿 國

(1.四川中鼎科技有限公司，四川 成都 610045；2.嘉陵江亭子口水利水電開發有限公司，四川 蒼溪 628400)

1 概 述

亭子口水電站自2013年8月首臺機組進行啟動試驗以來，相繼在運行穩定性試驗中發現4臺機組均在空轉工況時上導擺度表現正常，但機組給勵后在空載工況及帶負荷工況時上導擺度均出現兩倍轉頻波形的共性，其尖峰幅值明顯增大并為主導幅值，若以此評價機組運行狀態，則其運行穩定性變差；而其余各振動、擺度未見明顯的兩倍轉頻波形。這是機組的真實表現，還是由其他原因引起，需要通過試驗研究給出結論性意見，以利下一步工作的開展。

2 上導擺度兩倍轉頻記錄的產生

依據《水力機械(水輪機、蓄能泵和水泵水輪機)振動和脈動現場測試規程》GB/T17189-2007的有關規定，在亭子口水電站機組進行運行穩定性試驗時，我們在發電機大軸上導處安裝了兩個互為90°的擺度測點，其間，在改變發電機勵磁電流過程中，發現隨著勵磁電流的增大，機組上導擺度每一旋轉周期內出現的兩個尖峰波形隨之增大，并表現為上導擺度幅值明顯增大(圖1)。圖1中匹配顯示了大軸每轉一周的鍵相脈沖基準波形，從而可以直觀地看出兩尖峰波相對于鍵相基準的位置和形成過程。

根據相位計算兩尖峰波的波峰相位差為恒定的180°，并相對于鍵相位置不變。初步分析這一現象不應該是轉軸的真實擺度表現。

3 試驗分析研究

為了準確分析上述問題，我們在3號機組啟動試運行時進行了針對性試驗，試驗方法為：在上導同一水平面上安裝了三只電渦流位移傳感器對上導擺度進行同步測試，其中新布設的傳感器為+X方向與原主測-X方向的傳感器互成180°，以對上導處轉軸的運行狀態進行全面監測與分析。試驗結果表明：兩互成180°的傳感器輸出產生的尖峰附加波形的時間、相位和幅值完全一致(圖2)。

通過對上述波形進行對比，我們對可能產生的三種情況進行了分析：

(1)機組存在磁力不平衡。波形反映了轉軸的真實運轉狀態，這一運轉狀態結果是為轉軸在向一側偏靠的同時亦在向180°的對面偏靠，這是任何剛性物體運動都不可能產生的同時背向運動，因此，由機組磁力不平衡引起的擺度增大這種可能不能成立。

(2)被測大軸一直在作同一旋轉周期內瞬態的收縮、膨脹兩次物理變形。根據計算，其變形過程為在約0.2 s時間內發生了約200 μm幅值的變化，即大軸收縮、膨脹的速率為1 000 μm/s，且周期為0.83 s，這對水力機組運行中的剛性轉軸來說是不可能發生的，因此，由轉軸物理變形引起的這一可能亦不能成立。

(3)為電磁場對測試傳感器引起的附加干擾所形成。在排除了上述兩種可能后，這一結論已經較為明確；同時，上導擺度測點的位置正好位于發電機上端，而其余振動、擺度均未出現明顯的兩倍頻尖峰波形，同時，三臺機組的共性也為這一結論給出了佐證。由此可以明確：該尖峰約100 μm的附加幅值不是轉軸的真實擺度，不應疊加進上導擺度幅值來對機組的運行狀態進行評定。

圖1 1號機組變勵磁電流試驗上導擺度波形變化圖

根據上述分析結果，本試驗為電站節約了進一步進行電磁試驗及可能的隨時檢測大軸金屬疲勞的龐大費用。

4 結 語

根據上述試驗研究，排除了該電站上導擺度兩倍轉頻給機組帶來的幅值評價的影響，使運行單位對機組的運行狀態有了準確的把握。該試驗同時為相應的現場試驗提供了有依據的參考分析。另外，我們還對現在非常成熟的、廣泛應用于水力機組狀態監測的電渦流傳感器的抗電磁干擾能力向制造廠商提出了研究改進的要求，其目的是將類似問題排除在誤判之前。

圖2 3號機組上導擺度兩個互成180°測點在空載工況下同步測試波形對比圖