一起水輪發(fā)電機組空載試驗擺度超標故障分析及處理過程

朱占宏，黎　華（浙江江能建設有限公司第八分公司，浙江 杭州 310004）

一起水輪發(fā)電機組空載試驗擺度超標故障分析及處理過程

朱占宏，黎華
（浙江江能建設有限公司第八分公司，浙江 杭州 310004）

摘要：水輪發(fā)電機組擺度超標嚴重影響機組安全穩(wěn)定運行，本文從一起新投產(chǎn)機組啟動調(diào)試過程中，發(fā)生的擺度超標故障，再現(xiàn)故障分析及處理的全過程，為以后機組發(fā)生類似問題提供借鑒和參考。

關鍵詞：水輪發(fā)電機組；空載試驗；擺度；故障分析；處理

1　水輪發(fā)電機組參數(shù)

橙子溝水電站位于甘肅省隴南市境內(nèi)的白龍江干流上，為徑流引水式電站，電站安裝3臺懸吊式立軸混流式水輪發(fā)電機組，單機容量38.33MW，總裝機容量為115MW。水輪發(fā)電機組相關參數(shù)見表1。

表1機組參數(shù)

2　機組啟動試驗過程及故障現(xiàn)象

2.1機組空轉(zhuǎn)試運行

水輪發(fā)電機組啟動試驗按經(jīng)批準的啟動試驗大綱嚴格執(zhí)行，無勵開機至空轉(zhuǎn)，在額定轉(zhuǎn)速下測量機組各部運行工況數(shù)據(jù)如表2。

表2空轉(zhuǎn)運行測試數(shù)據(jù)

根據(jù)上述測量數(shù)據(jù)，表明機組擺度穩(wěn)定運行在各部瓦間隙以內(nèi)（上導單邊設計間隙0.15～0.20mm（實際單邊間隙0.16mm）；下導單邊設計間隙0.15～0.20mm（實際單邊間隙0.18mm）），振動擺度符合要求。

2.2機組空載試運行

在機組空轉(zhuǎn)試運行正常并按試驗大綱要求完成其他試驗后，機組進入有勵空載試驗，機組在零起升壓時發(fā)生如下情況：機組的上導、下導擺度隨勵磁電流的逐漸升高而增大，在發(fā)電機機端額定電壓（e=10.5kV）時上導最大峰值達到380μm，下導最大峰值達到590μm。錄制波形見圖1。

從波形圖可以看出一個趨勢：機組的擺度隨勵磁電流的增大而增大，在機端額定電壓下擺度達到峰值，當勵磁系統(tǒng)逆變后擺度值突變，重新回到正常值。

3　故障分析及處理

3.1故障分析

由于機組在無勵磁下運行正常，帶上勵磁后擺度嚴重偏大，很容易想到發(fā)生這種情況的因素是由于磁拉力的影響，但極難進行定量測試。綜合故障情況分析主要有以下幾種原因：

（1）機械部分原因

1）導瓦間隙松動；

2）機組安裝時軸線超差；

3）固定部分基礎螺栓、連接螺栓及轉(zhuǎn)動部件螺栓是否松動；

（2）造成磁拉力不均勻有以下原因

圖1故障處理前零起升壓過程中機組各部擺度

1）轉(zhuǎn)子匝間短路；

2）定、轉(zhuǎn)子空氣間隙不均勻；

3）定子繞組匝間短路（2Y接線方式下繞組匝間短路形成的環(huán)流，圖2）。

圖2

3.2故障排查過程

（1）導瓦可能松動間隙變大的檢查：拆除軸承端蓋分別檢查導瓦抗重螺栓、抗重螺栓鎖緊板、導瓦絕緣槽壓板螺栓是否松動，經(jīng)檢查緊固部位無松動，復測瓦間隙及瓦絕緣無異常，導瓦瓦面無磨損。

（2）查機組安裝記錄，機組盤車時調(diào)整軸線符合要求（下導處、水導處相對擺度均小于0.02mm/m）。

（3）查機組安裝記錄，轉(zhuǎn)子交流阻抗數(shù)據(jù)符合要求。機組在膛內(nèi)分別測試單個磁極交流阻抗并相互比較符合要求，機組在無勵空轉(zhuǎn)運行下測量整體交流阻抗與靜態(tài)無明顯差別。

（4）復測定、轉(zhuǎn)子空氣間隙，數(shù)據(jù)符合要求。

（5）機組升壓過程中，檢查橫差保護采樣值差流在規(guī)范內(nèi)。拆除兩個中性點連接銅排，切斷可能造成環(huán)流的回路，升壓過程測量機組擺度值依然無改善。

上述可能造成機組擺度大的原因均作檢查，情況并未改善，可以排除。故障處理似乎陷入一種絕境。重新整理思路：機組上導實際單邊間隙為0.16mm，總間隙0.32mm。下導單邊間隙0.18mm，總間隙0.36mm。但在升壓到額定值時下導擺度峰值（無干擾數(shù)據(jù)：一倍頻值占絕對比重，諧波分量影響小）達590μm，遠遠超過瓦間隙。那么這多出來的擺度從什么地方來呢？而且機組以超過瓦間隙的擺度值運行，導瓦溫度為何無急劇上升或溫度超高、瓦面無磨損現(xiàn)象？

帶著這些疑問，為故障處理又指明了方向：應重新分解導軸承，包括全面分解檢查導瓦：“U”形絕緣槽板、絕緣槽壓板、鉻鋼墊、抗重螺栓及鎖板。檢查鉻鋼墊與絕緣槽壓板是否緊貼密實無間隙；檢查“U”形絕緣槽板與瓦背配合情況；檢查“U”形絕緣槽板與絕緣槽壓板配合情況。檢查過程中發(fā)現(xiàn)以下問題：“U”形絕緣槽板與瓦背及絕緣槽壓板在相互緊貼時邊角部位及中間部位有局部拱起現(xiàn)象（“U”形絕緣槽板是用環(huán)氧玻璃布板壓制而成，有局部翹拱及波浪度），本應緊貼密實無間隙的地方存在局部間隙。“U”絕緣槽板位于瓦背與絕緣槽壓板之間，起著轉(zhuǎn)動部分與固定部分絕緣的作用防止軸電流，之間的連接緊固僅靠壓板上的2顆M20螺栓把合，機組安裝時緊固把合螺栓難以消除局部間隙，且局部間隙多位于中間受力點處極難發(fā)現(xiàn)。當機組運行時，其轉(zhuǎn)動慣性力將使拱起部位產(chǎn)生變形，導致原調(diào)整間隙變大（受力撤消后自動返回原狀），轉(zhuǎn)動部分徑向力無法限制。

圖3導瓦結(jié)構(gòu)圖

3.3故障處理過程

（1）將“U”絕緣槽板局部翹拱部位打磨找平，并按瓦背、壓板的配合面反復修配直至緊貼密實無間隙；

（2）按實際情況縮小設計單邊間隙；

根據(jù)機組空轉(zhuǎn)磨瓦時瓦溫情況（上導最高39.2℃，下導最高37.8℃），將原設計單邊間隙0.15～0.20mm縮小為0.10～0.15mm。實際調(diào)整間隙：上導單邊間隙0.11mm，下導單邊間隙0.13mm。

（3）在空載運行情況下進行動平衡試驗并配重，以求進一步減小機組振動，優(yōu)化運行工況；

結(jié)合機組穩(wěn)定分析監(jiān)測系統(tǒng)分別在空轉(zhuǎn)態(tài)、空載態(tài)下進行動平衡試驗，利用鍵相傳感器找出各自的不平衡點方位、計算配重重量。重點考查空載態(tài)時的動平衡狀況，盡可能兼顧空轉(zhuǎn)態(tài)。

機組處理后，各部運行工況見錄制波形點位圖（圖4）

圖4故障處理后零起升壓過程中機組各部擺度

由圖4可以看出，機組在升壓過程中各部擺度與起勵前無明顯變化，其中上導擺度最大值為90μm，下導擺度最大值為150μm。以空載態(tài)進行動平衡試驗并經(jīng)配重后機架水平、垂直振動均小于15 μm，對運行工況進一步優(yōu)化。其他兩機組在啟動試驗的過程中均發(fā)生類似問題，采取相同的方法處理后，運行工況正常，再次驗證故障分析及處理方法合理。

4　結(jié)語

水輪發(fā)電機組的振動、擺度數(shù)據(jù)是考核機組穩(wěn)定運行的重要參數(shù)，機組安裝過程中應嚴格把握影響振動、擺度的關鍵工序。在進行各導軸承安裝、導瓦間隙調(diào)整時應密切關注可能導致瓦間隙數(shù)據(jù)不真實的各種因素（包括設備制造、現(xiàn)場安裝因素）。發(fā)生故障時應綜合分析各種原因并逐步排查，充分利用各種先進檢測儀器和工具。本次進行故障檢測分析時就借助了“機組穩(wěn)定分析檢測系統(tǒng)”作為輔助工具。單靠傳統(tǒng)工藝方法在特殊工作環(huán)境（如機組內(nèi)部）下排查、處理故障是不可想象的。

中圖分類號：TK730.7

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）01-0043-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.01.014

收稿日期：2014-09-28

作者簡介：朱占宏（1977-），男，工程師，從事水電站機電設備安裝、檢修、調(diào)試及項目管理。