某抽水蓄能電站2號機組下導擺度異常增大淺析

李　華

（南方電網調峰調頻發電公司清遠蓄能發電有限公司，廣東 清遠 511853）

0　引言

某抽水蓄能電站（以下簡稱某蓄）地下廠房內共安裝4臺立式單級混流可逆式水泵水輪機—發電電動機機組，單機容量（發電工況）320 MW，總裝機容量1 280 MW，設計年抽水耗電量30.283億kW·h，年發電量23.316億kW·h。2016年3月，2號機組投入商業運行。從2017年5月開始，其下導軸承的擺度隨機組運行時間的增長而逐漸增大，2017年10月3日，由于下導擺度已經觸及跳機值被迫退備檢查、故障查找及處理。

1　機組結構介紹

1.1　水泵水輪機

水泵水輪機型號：NHL（FL8108）-LJ-429，額定水頭：470 m，額定轉速：428.6 r/min.額定流量：77.65 m3/s.額定功率：326.5 MW.旋轉方向（俯視）：水輪機順時針，水泵逆時針。轉輪葉片由長短葉片構成，5片長葉片，5片短葉片。

1.2　電動發電機

電動發電機型號：SFD320/331-14/6570的4臺三相、豎軸、半傘式、無風扇徑向雙路徑磁軛通風、密閉自循環空冷、可逆式同步發電電動機。發電機的相關參數：額定功率：發電工況：356 MVA，抽水工況：331 MW；額定電壓：15.75 kV；額定電流：13 050 A；功率因數：（COSΦ）0.9滯后（發電機工況）；額定轉速：428.6 r/min。發電機定子繞組采用波繞組，星形接線，中性點接地運行，定子絕緣等級為F級。轉子磁極共7對，轉子磁軛為浮動式，由9段浮動式磁軛組裝成。

1.3　機組主軸及導軸承

上機架，類型為支臂式，支臂數：8個。下機架類型為圓盤式。

機組的各導軸承瓦均采用分塊可調式巴氏合金，油循環水冷。上導軸承軸瓦數：12塊，推力軸承是彈性支撐方式，共12塊瓦，下導軸承共18塊瓦。水導軸承瓦材料，Q235-B(瓦基)+ZChSnSb11-6（瓦面），共12塊瓦。機組大軸由水輪機軸、下端軸、滑環軸三段構成。相鄰軸法蘭連接均為剛性連接。

2　故障查找及定位

2.1　振擺系統

某蓄能電站機組振擺系統監測采用TN8000數據采集模塊。擺度采用德國B&KVibro(申克)公司的IN-081一體化渦流傳感器，各導軸承X、Y方向各安裝一個。根據監測儀和監控系統實時記錄數據。

2.2　故障查找

通常引起機組振動擺度異常的原因有水力不平衡、機械不平衡、電磁不平衡。水力不平衡主要反映為振幅隨負荷或接力器行程增減而增減；機械不平衡一般反映為振動頻率與轉速一致且與轉速平方成正比；電磁不平衡一般反映為振動勵磁電流增大而明顯增大；結合安裝調試的數據，從連軸數據、盤車數據、動平衡試驗幾個方面對下導軸承擺度異常現象進行故障分析及排查。近期運行時2號機組下導擺度數據如表1、表2所示，在X方向，Y方向的擺度已經接近跳機定值。各下導軸承瓦溫運行時的溫度最大值62.5℃，最小值54.9℃，平均溫度57.29℃，無明顯變化。上導、水導的擺度都在正常范圍，只有下導的擺度數據異常（報警值：360 μm，跳機值：540 μm），機組振動監測數據也無異常。

表1　發電工況振動與擺度（2號機組退備處理前）

表2　抽水工況振動與擺度（2號機組退備處理前）

2.2.1在線監測回路檢查

檢查機組振擺系統下位機工作正常，對下導監測回路通斷及干擾進行檢測無異常，對下導X方向，Y方向的的渦流傳感器進行校驗，回零正常，安裝固定部位無松動現象。在線監測系統運行正常。

2.2.2轉子勵磁回路檢查

在轉子勵磁電流增加的過程中，下導瓦溫度無明顯變化。為了查找下導擺度增大是否由發電機電磁不平衡引起，做了以下測試：

（1）轉子絕緣電阻測試：拔掉集電環上所有碳刷，用絕緣電阻測試儀加500 V電壓測量轉子上環對地絕緣電阻為＞1.5 TΩ，滿足絕緣要求。

（2）轉子直流電阻測試：拔掉集電環上所有碳刷，用直流電阻測試儀從轉子的上下集電環處施加10 A的電流，測得直流電阻為121.5 mΩ（43.5℃），換算為20℃的值為111.16 mΩ。

（3）轉子交流阻抗測試：拔掉集電環上所有碳刷，用調壓器從轉子的上下集電環處施加259.92 V的交流電壓，并用發電機交流阻抗測試儀測量轉子的交流阻抗值為76.529 Ω（43.5℃）

通過以上發電機轉子電氣測試，測得數據均在標準范圍內。

2.2.3下導軸承檢查

對下導瓦間隙、下導瓦及其支撐部件、推力軸承、轉動部分相關螺栓、上下機架固定螺栓和銷釘及定轉子氣隙等進行了檢查。抽查6塊瓦，檢查瓦面，發現瓦面局部的磨痕為正常轉動磨損，導瓦支撐固定件均未松動。通過對下導瓦間隙進行兩次測量，測量的數據與上一次（安裝調試期間）調整值相比，下導瓦雙邊間隙均無增大現象。測量結果為：下導瓦雙邊間隙最大值0.6 mm，最小值0.51 mm，下導瓦雙邊間隙標準值為0.72±0.04 mm。

2.3　數據分析

圖1　機組上導、下導擺度趨勢圖（近一年）

從表1、表2、圖1可以看出2號機組在發電工況、抽水工況運行時，只有下導擺度數據異常增大且上升趨勢明顯，上導擺度略有增大趨勢，水導的振動擺度以及瓦溫度都在正常范圍，發電機轉子勵磁系統回路測量，排除了轉子電氣回路故障的可能。通過以上檢查內容及數據分析，轉子機械不平衡可能性較大，決定重新對轉子進行配重，并進行動平衡試驗。

3　故障處理

根據振動擺度數據分析，采取配重方法。在2號機組7號、8號磁極間轉子下部（水輪機側）增加一塊5.11 kg的配重塊，順利通過動平衡試驗。2號機組處理后運行至今，下導擺度明顯改善，擺度一直處于平穩趨勢，選取近期機組運行過程中兩種穩態下振動擺度數據如表3、表4：

表3　發電工況振動與擺度（2號機組退備處理后）

表4　抽水工況振動與擺度（2號機組退備處理后）

4　結語與建議

通過對2號機組下導擺度增大問題的故障查找、分析，并通過再配重的方法進行處理,2號機組運行至今，下導擺度一直穩定在標準范圍，2號機組的下導擺度增大問題的處理方法,對其它3臺機組下導擺度增大現象處理提供了參考依據。同時，對后續機組的運行維護，提出以下建議：

1）加強日常維護監視工作，機組在啟動至旋轉備用、發電工況、抽水調相工況、抽水工況、進相運行時，ONCALL值班人員應密切關注機組下導軸承擺度及瓦溫，一旦發現異常增大甚至接近跳機，向調度申請將機組解列。

2）按照規范機組C修每年才一次，但每半年有一次D修，檢修人員可以在D修時增加導瓦軸承及循環油質檢查項目，確保能及時發現異常。

3）鑒于該機組發電機為浮動磁軛，將機組9段磁軛拉緊螺栓的止動焊縫是否有裂紋作為重點檢查項目，以此推斷轉子的重心是否發生偏移。

參考文獻：

[1]路志偉,王增利,王軍.安康水力發電廠4號發電機組水導擺度增大分析[J].科技資訊,2013(30)：103-104.

[2]向龍海.清溪水電站發電機組下導擺度超標原因分析及處理[J].貴州電力技術,2016,19(6)：13-14.

[3]陳華,熊立功,職光磊.水力發電機組擺度超標測試分析處理[J].水電站機電技術,2009(5)：47-49.

[4]董志偉，趙公杰，郭瑋.水布埡水電廠4號機組下導擺度大的原因及處理[J].水電與新能源,2014(7)：59-64.

[5]李茂林.三里坪水電站1號機組下導擺度異常增大故障診斷及處理[J].水電與新能源,2016(11)：59-67.