某水電機(jī)組開機(jī)過(guò)程振動(dòng)異常診斷及處理

陳新建

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司緊水灘水力發(fā)電廠，浙江省麗水市 323000）

某水電機(jī)組開機(jī)過(guò)程振動(dòng)異常診斷及處理

陳新建

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司緊水灘水力發(fā)電廠，浙江省麗水市 323000）

某水電廠機(jī)組增容改造后，機(jī)組在開機(jī)過(guò)程中出現(xiàn)了振動(dòng)異常問(wèn)題，瞬時(shí)振動(dòng)劇烈，從而影響了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，機(jī)組異常振動(dòng)造成廠房的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)機(jī)組與廠房機(jī)構(gòu)產(chǎn)生共振，對(duì)廠房的安全造成較大威脅。本文對(duì)該機(jī)組開機(jī)過(guò)程振動(dòng)異常問(wèn)題進(jìn)行了認(rèn)真的診斷分析，找出引起機(jī)組開機(jī)過(guò)程振動(dòng)異常的主要原因，并針對(duì)性地提出處理策略，實(shí)現(xiàn)了減少機(jī)組開機(jī)過(guò)程異常振動(dòng)的目標(biāo)。

水力發(fā)電；開機(jī)過(guò)程；振動(dòng)異常；診斷；處理策略

0 引言

某水電廠對(duì)該廠5號(hào)機(jī)組進(jìn)行了水輪機(jī)部分的增容改造工作，改造后水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪型號(hào)為HLA835-LJ-305，水輪機(jī)設(shè)計(jì)出力為56.7MW。改造后機(jī)組先后進(jìn)行了72h滿負(fù)荷（55MW）試運(yùn)行、三次機(jī)組穩(wěn)定性與能量性能試驗(yàn)，并對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行了三次開孔檢查及一次小修，增容改造部件及發(fā)電機(jī)均未發(fā)現(xiàn)異常問(wèn)題。機(jī)組增容改造后，調(diào)速器未更換改造，機(jī)械部分：WT—150，自動(dòng)控制部件：PLC—Ⅲ，已運(yùn)行10年。總體運(yùn)行情況較好。但是，在機(jī)組投入正常運(yùn)行后，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)該機(jī)組在開機(jī)過(guò)程中瞬時(shí)振動(dòng)劇烈，在機(jī)組旁（發(fā)電機(jī)層▽109）感到整個(gè)地面在振動(dòng)；在副廠房休息室及壩頂（▽194）亦感到機(jī)組開機(jī)時(shí)強(qiáng)烈的振動(dòng)感。如不能很好解決機(jī)組開機(jī)過(guò)程振動(dòng)異常問(wèn)題，隨著時(shí)間的推移，勢(shì)必影響到機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，機(jī)組短時(shí)的強(qiáng)烈振動(dòng)引起廠房的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)機(jī)組與廠房結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振，對(duì)廠房的安全構(gòu)成巨大的威脅。

1 機(jī)組開機(jī)過(guò)程振動(dòng)現(xiàn)狀研究與診斷

為更好地診斷機(jī)組振動(dòng)原因，從EN9000狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（測(cè)量范圍0～2000μm，精度≤1μm，采用在線監(jiān)測(cè)的方式）中提取在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)機(jī)組開機(jī)過(guò)程的振動(dòng)情況進(jìn)行了跟蹤監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)分析了機(jī)組開機(jī)過(guò)程中的部分壓力脈動(dòng)值和振動(dòng)值，并將機(jī)組開機(jī)過(guò)程和正常運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行了比較。不同工況下68.67m水頭分析見表1。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析，5號(hào)機(jī)開機(jī)過(guò)程比甩負(fù)荷100%時(shí)（68.67m水頭）的機(jī)架振動(dòng)都要大，且從現(xiàn)場(chǎng)聲音判斷，機(jī)組自動(dòng)開機(jī)過(guò)程局部可能產(chǎn)生廠房結(jié)構(gòu)共振。68.67m水頭開機(jī)過(guò)程壓力量時(shí)域波形圖見圖1，68.67m水頭開機(jī)過(guò)程上機(jī)架、定子鐵芯和定子基座振動(dòng)時(shí)域波形圖見圖2。

從該開機(jī)過(guò)程線圖中可以看出，導(dǎo)葉開啟到一定位置后，在第26s左右時(shí)接力器會(huì)有回關(guān)動(dòng)作，引起蝸殼進(jìn)水口的壓力突然增大，壓力最高達(dá)到805kPa，脈動(dòng)值為10.5%。從上面對(duì)機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中實(shí)測(cè)振動(dòng)過(guò)程可以看出，接力器回關(guān)時(shí)上機(jī)架、定子鐵芯和定子基座振動(dòng)明顯增大。因此，水壓脈動(dòng)過(guò)大是影響機(jī)組開機(jī)過(guò)程中振動(dòng)異常的重要因素。

圖1 68.67m水頭開機(jī)過(guò)程壓力量時(shí)域波形圖Fig.1 Time domain waveform of process pressure with water head of 68.67m

圖2 68.67m水頭開機(jī)過(guò)程上機(jī)架、定子鐵芯和定子基座振動(dòng)時(shí)域波形圖Fig.2 Time domain waveform of vibration of Upper Chassis，Stator Core and Stator Base with Water head of 68.67m

造成機(jī)組水壓脈動(dòng)過(guò)大的主要原因主要有轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)不合理、開停機(jī)次數(shù)過(guò)于頻繁、開機(jī)策略不佳等。而根據(jù)《機(jī)組穩(wěn)定性和能量性能試驗(yàn)》和《水輪發(fā)電機(jī)組動(dòng)平衡試驗(yàn)》的試驗(yàn)結(jié)果表明轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)沒有問(wèn)題。經(jīng)過(guò)與其他機(jī)組比較，5號(hào)機(jī)開停機(jī)次數(shù)與其他機(jī)組相差不大，但是其他機(jī)組在開機(jī)過(guò)程中沒有振動(dòng)超標(biāo)的現(xiàn)象。因此，重點(diǎn)對(duì)機(jī)組開機(jī)策略進(jìn)行了分析。調(diào)速器開機(jī)過(guò)程曲線見圖3。

圖3 調(diào)速器開機(jī)過(guò)程曲線Fig.3 Governor start-up process curve

A點(diǎn)開度Y1：空載開度+12%，受最大和最小空載開度設(shè)定值影響。當(dāng)機(jī)組頻率達(dá)到45Hz時(shí)（即B點(diǎn)），調(diào)速器將導(dǎo)葉開度壓至按水頭計(jì)算得出的空載開度給定值Y2，經(jīng)PID調(diào)節(jié)到達(dá)D點(diǎn)開度Y3。從中我們可以發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)開機(jī)過(guò)程中有一段快速回壓的過(guò)程。因此，很有可能此過(guò)程引起過(guò)大的壓力脈動(dòng)。為此，對(duì)該機(jī)組進(jìn)行了手動(dòng)開機(jī)試驗(yàn)，慢慢增加導(dǎo)葉開度，直至機(jī)組達(dá)到空載狀態(tài)，完成開機(jī)過(guò)程，測(cè)量整個(gè)過(guò)程的壓力脈動(dòng)值與各部振動(dòng)值，以最終確定以上判斷。不同開機(jī)模式下68.67m水頭分析見表2。

從手動(dòng)開機(jī)過(guò)程和自動(dòng)開機(jī)過(guò)程振動(dòng)對(duì)比可知，開機(jī)策略不佳是引起機(jī)組開機(jī)過(guò)程振動(dòng)異常的主要原因。

表2 不同開機(jī)模式下68.67m水頭分析Tab.2 Analysis of Water Head of 68.67m in different start-up modes

2 機(jī)組開機(jī)過(guò)程振動(dòng)異常處理

根據(jù)以上分析診斷可知，開機(jī)策略不佳是引起該機(jī)組開機(jī)過(guò)程振動(dòng)異常的主要原因，為此，進(jìn)一步優(yōu)化開機(jī)策略就成為解決該問(wèn)題的關(guān)鍵方法。

2.1 開機(jī)策略分析

根據(jù)調(diào)速機(jī)開機(jī)過(guò)程曲線分析可知，將機(jī)組開機(jī)過(guò)程中導(dǎo)葉最大開度Y1（開機(jī)頂值）減小（即A點(diǎn)），在水頭不變（手動(dòng)）的條件下，開機(jī)過(guò)程中Y2的值是相對(duì)不變的，改變導(dǎo)葉開度Y1的值，也就改變了導(dǎo)葉的壓回行程，從而減小了導(dǎo)葉回關(guān)速率。因此，找到一個(gè)既不影響調(diào)節(jié)品質(zhì)，又能保證開機(jī)時(shí)間在允許的范圍內(nèi)的Y1成為減小機(jī)組的振動(dòng)關(guān)鍵點(diǎn)。

當(dāng)前，調(diào)速器對(duì)應(yīng)最大水頭時(shí)導(dǎo)葉開度為26%，對(duì)應(yīng)最小水頭時(shí)導(dǎo)葉開度為15%，開機(jī)導(dǎo)葉最大開度為37%，而PID投時(shí)機(jī)組頻率為45Hz。

導(dǎo)葉開機(jī)頂值計(jì)算公式為

式中：Y——開機(jī)頂值；

Ymax——最大空載開度；

Ymin——最小空載開度；

Xmax——最大水頭；

Xmin——最小水頭；

X——實(shí)際水頭（手給71m）；

y——空載開度補(bǔ)償值（加快開機(jī)速度）。

2.2 開機(jī)策略優(yōu)化

根據(jù)分析確定了三組參數(shù)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)（詳見表 3）。

表3 修改調(diào)速器開機(jī)三組參數(shù)表Tab.3 Three groups of Governor Modification parameters table in start-up process

將以上三組參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，三組參數(shù)測(cè)試對(duì)比見表4～表5。

表4 三組參數(shù)測(cè)試對(duì)比表1Tab.4 Three groups of parameters test comparison table1

表5 三組參數(shù)測(cè)試對(duì)比表2Tab.5 Three groups of parameters test comparison table 2

經(jīng)過(guò)綜合比較分析，決定采用參數(shù)2作為新的調(diào)節(jié)參數(shù)，并對(duì)修改后參數(shù)狀態(tài)下的壓力脈動(dòng)值與各部振動(dòng)值進(jìn)行了跟蹤測(cè)評(píng)。修改前后機(jī)組壓力及脈動(dòng)對(duì)比見表6。

從圖4可以明顯看出，修改開機(jī)頂值后，蝸殼壓力脈動(dòng)及頂蓋壓力脈動(dòng)減小，機(jī)組各部振動(dòng)也有減小，效果明顯。在修改了調(diào)速器開機(jī)最大開度以后，開機(jī)過(guò)程中，機(jī)組在轉(zhuǎn)速達(dá)到一定時(shí)，發(fā)電機(jī)層瞬時(shí)振動(dòng)仍能感覺到，但已不太強(qiáng)烈，副廠房休息室已沒有強(qiáng)烈振動(dòng)感。GB/T 8564—2003《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》中對(duì)于機(jī)組轉(zhuǎn)速在100～250r/min之間的水輪發(fā)電機(jī)組各部位振動(dòng)允許值做了規(guī)定，詳見表7。

表6 修改前后機(jī)組壓力及脈動(dòng)對(duì)比表Tab.6 Comparison of pressure and pulsation of Hydropower unit before and after modification

表7 水輪機(jī)組各部位振動(dòng)允許值Tab.7 Table of allowable vibration values for each part of Hydropower Unit

經(jīng)測(cè)量，水平振動(dòng)值已由原來(lái)的0.18mm降低到了現(xiàn)在的0.059mm，垂直振動(dòng)值由原來(lái)的0.176mm降低到了現(xiàn)在的0.022mm，可以看出經(jīng)過(guò)處理后的開機(jī)過(guò)程振動(dòng)得到了極大的改善，已經(jīng)符合國(guó)標(biāo)。

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)以上分析診斷和處理，已經(jīng)圓滿解決了該水電廠5號(hào)機(jī)組開機(jī)過(guò)程中的振動(dòng)異常問(wèn)題，保障了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，消除了水電廠房結(jié)構(gòu)共振隱患，并對(duì)今后其他機(jī)組增容改造后類似問(wèn)題的有效解決具有很高的參考價(jià)值。

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The Diagnostics and Handling Strategy of Abnormal Vibration in Hydropower Units Start-up Process

CHEN Xinjian
（State Grid Corporation of China Zhejiang Electronic Power Company Jin Shuitan Hydropower Plant，Lishui 323000，China）

The abnormal vibration was found in the startup process of the hydropower units after capacity-increasing improvement，and threaten the safety，stability of the hydropower station.At the same time，the abnormal vibration can cause the sympathetic vibration and threaten the safety of workshop.The text diagnose and analyze the cause of the abnormal vibration，put forward handling strategy to solve the problem of the abnormal vibration in the start-up process of the hydropower units.

hydropower；start-up process；abnormal vibration；diagnose；handling strategy

TM622 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 學(xué)科代碼：470.40 DOI：10.3969/j.issn.2096-093X.2016.06.019

2016-01-19

陳新建（1981—），男，碩士，工程師，國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司緊水灘水力發(fā)電廠維修分場(chǎng)書記兼副主任。主要從事水電站設(shè)備運(yùn)檢管理工作。