關(guān)于都江堰玉堂電站機(jī)組異常振動(dòng)的原因分析

張靜+余建軍

四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程勘察設(shè)計(jì)院

【摘 要】本文對(duì)某小型水電站機(jī)組長(zhǎng)期振動(dòng)原因進(jìn)行分析并提出處理意見(jiàn)。

【關(guān)鍵詞】水輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)原因；處理辦法

四川省都江堰市玉堂電廠(chǎng)系四川省都江堰灌區(qū)沙溝河干渠第一級(jí)電站，位于都江堰市玉堂鎮(zhèn)永康村。電站于1984年12月28日開(kāi)工建設(shè)，1987年元月27日竣工投入運(yùn)行。該電站工作水頭9m，設(shè)計(jì)引用流量45.21m3/S，水輪發(fā)電機(jī)組由東方電機(jī)廠(chǎng)生產(chǎn)，水輪機(jī)型號(hào)為ZD560-LH-180，發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF800-28/2600，裝機(jī)容量為3×800kW。

該電站自投運(yùn)以來(lái)一直存在嚴(yán)重的機(jī)組振動(dòng)問(wèn)題，經(jīng)東方電機(jī)廠(chǎng)多次現(xiàn)場(chǎng)考察，測(cè)試、論證，處理都沒(méi)有得到解決。據(jù)了解當(dāng)時(shí)對(duì)機(jī)組異常振動(dòng)的原因定性為定子鐵心在機(jī)組容量為800kw～1000kW、轉(zhuǎn)速為214.3 rpm工況下電磁諧振。圍繞諧振問(wèn)題東方電機(jī)廠(chǎng)做了許多研究，在定子鐵芯、定子機(jī)座及定子繞組方面采取了很多消諧措施但也沒(méi)有解決根本問(wèn)題，后來(lái)就沒(méi)有了辦法，機(jī)組一直帶病運(yùn)行。此事件在附近小型水電站廣為流傳，在水電站行業(yè)就有了機(jī)組選型要避開(kāi)該水頭段的容量和214.3 rpm的轉(zhuǎn)速的經(jīng)驗(yàn)之談，也就是將電機(jī)維修后銘牌改為1000kw的實(shí)際原因。再后來(lái)就聽(tīng)說(shuō)主持玉堂電站電機(jī)設(shè)計(jì)的主設(shè)工程師為此事受了全國(guó)通報(bào)批評(píng)處分，幾年后該同志就郁郁而終了。東方電機(jī)廠(chǎng)是我國(guó)水輪發(fā)電機(jī)組制造業(yè)首屈一指的特大型企業(yè)，技術(shù)水平不容質(zhì)疑。在這樣容量的小機(jī)組的技術(shù)問(wèn)題上處分責(zé)任人也充分體現(xiàn)出東電對(duì)技術(shù)要求和內(nèi)部管理的嚴(yán)謹(jǐn)性。在玉堂電站機(jī)組問(wèn)題上人們普遍的認(rèn)為是東電是搞大機(jī)組的，而玉堂這種機(jī)組太小了，可能沒(méi)有引起重視而已。時(shí)間就這樣過(guò)去了二十六年，一個(gè)偶然的汶川5.12地震災(zāi)后重建機(jī)會(huì)我們接觸到了玉堂機(jī)組，由于有了前面那么多曲折，觀察起來(lái)就比較謹(jǐn)慎。經(jīng)仔細(xì)觀察，從另一方面提出玉堂電站機(jī)組異常振動(dòng)的原因分析和處理意見(jiàn)供同行們參考。

玉堂電站機(jī)組異常振動(dòng)的原因不是復(fù)雜的電磁諧振，而是簡(jiǎn)單的機(jī)組上機(jī)架定位錯(cuò)誤！

眾所周知，立式懸掛式機(jī)組轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)輪重量及軸向水推力全部通過(guò)推力軸承傳遞到上機(jī)架。對(duì)玉堂電站這樣800kw的機(jī)組軸向力約有二十余噸。這些力通過(guò)上機(jī)架四條支撐（牛腿）傳遞給定子機(jī)座，再通過(guò)定子機(jī)座下方四個(gè)基礎(chǔ)板傳遞到鋼筋混凝土機(jī)墩。為保證機(jī)座整體強(qiáng)度、剛度及傳遞受力，在正對(duì)機(jī)墩上基礎(chǔ)板的機(jī)座底板至機(jī)座頂板之間布置了縱向受力支持筋板和橫向加強(qiáng)筋板。安裝時(shí)只需將上機(jī)架四條牛腿正對(duì)定子四個(gè)有支持筋的方位即可順利將很大且動(dòng)態(tài)的二十余噸力傳遞到牢固的機(jī)墩上。玉堂電站定子機(jī)座四道支持筋板和基礎(chǔ)板位置處于廠(chǎng)房+Y、-Y、+X、-X方位。

可玉堂電站三臺(tái)機(jī)組的上機(jī)架四條腿卻陰差陽(yáng)錯(cuò)的與上述四個(gè)方位錯(cuò)開(kāi)了45度。結(jié)果上機(jī)架四條牛腿就落在定子機(jī)座頂板下沒(méi)有縱向支持筋的地方。定子機(jī)座上頂板是一快圓環(huán)形鋼板，周長(zhǎng)約8m，鋼板厚度約12mm。這塊圓環(huán)形鋼板僅外圓周與定子機(jī)座縱向圓周焊接，在定子底座有基礎(chǔ)板的地方才有縱向支持筋板。由于有這45度偏差，上機(jī)架四條牛腿正好落在定子機(jī)座上頂板上兩道有縱向支持筋板之間的空檔處平放的圓環(huán)上。兩道有縱向支持筋板之間平放的圓環(huán)周長(zhǎng)約2m，也就是兩道縱向支持筋板抬了一塊2m長(zhǎng)的圓弧薄鋼板，在每塊圓弧鋼板的中心有約1/4的軸向總力，且該段圓弧為偏心受壓。轉(zhuǎn)子軸向水推力隨機(jī)組出力變化而變化，此力傳遞到偏心受壓且平放的圓弧薄鋼板上，由于薄鋼板下方?jīng)]有支撐而發(fā)生向下彈性形變；隨發(fā)電機(jī)出力變化該形變亦發(fā)生脈動(dòng)變化，這樣就使得發(fā)電機(jī)定子機(jī)座發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)，且出力越大振動(dòng)越大，站在發(fā)電機(jī)蓋板上足心強(qiáng)烈感受發(fā)麻。前面很多研究都把目光放到電磁諧振上面，而忽略了這個(gè)上機(jī)架安裝原因，把簡(jiǎn)單問(wèn)題搞復(fù)雜化了。由于主要引起振動(dòng)的原因沒(méi)找準(zhǔn)，采用的工程措施不能解決問(wèn)題也就不足為奇了！

問(wèn)題找準(zhǔn)了，解決的辦法卻很簡(jiǎn)單。只需將上機(jī)架反時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度使上機(jī)架牛腿正對(duì)定子縱向支持筋和定子基礎(chǔ)板即可。為此需在定子機(jī)座上頂板正對(duì)定子縱向支持筋的地方重新開(kāi)固定上機(jī)架的定位螺栓孔。上機(jī)架旋轉(zhuǎn)45度后不影響機(jī)組結(jié)構(gòu)，僅上油盆冷卻水進(jìn)出水接入口方位相應(yīng)改變45度，需現(xiàn)場(chǎng)配管解決。還有一個(gè)辦法就是在現(xiàn)上機(jī)架牛腿擱置處定子機(jī)座上下頂板之間加支持筋和加強(qiáng)筋，同時(shí)在定子機(jī)座下?lián)醢逯С纸钍芰μ幹匦略跈C(jī)墩上做基礎(chǔ)板。只是這個(gè)辦法要麻煩些。災(zāi)后重建已經(jīng)對(duì)玉堂電站機(jī)組進(jìn)行了改造，在上機(jī)架牛腿正對(duì)的定子機(jī)座上下頂板間加了支持筋，振動(dòng)問(wèn)題已經(jīng)基本得到解決。

時(shí)間已經(jīng)過(guò)去了26年，現(xiàn)在再去追究上機(jī)架為什么會(huì)偏離45度已經(jīng)沒(méi)有意義！但這個(gè)簡(jiǎn)單問(wèn)題分析復(fù)雜化從而掩蓋問(wèn)題的主要矛盾，使問(wèn)題得不到解決這個(gè)教訓(xùn)應(yīng)該記取！我們認(rèn)為這事與過(guò)世了的不知名姓受到通報(bào)批評(píng)處分的搞電機(jī)設(shè)計(jì)的前輩沒(méi)有關(guān)系，哪個(gè)處分應(yīng)予撤銷(xiāo)！

（附圖 ：見(jiàn)上）

作者簡(jiǎn)介：

張靜 ，女， 大學(xué)本科電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)，四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程勘察設(shè)計(jì)院工作，長(zhǎng)期從事水電工程勘察設(shè)計(jì)、工程監(jiān)理工作。

余建軍，男，高級(jí)工程師。四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系教師，四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程勘察設(shè)計(jì)院總工程師，擔(dān)任水電站電氣設(shè)備、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置等課程教學(xué)40余年，長(zhǎng)期從事水電工程勘察設(shè)計(jì)、工程監(jiān)理工作。