巴基斯坦某電站4#機甩負荷后振擺不能恢復原因剖析及處理

李興邦

(哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

巴基斯坦某電站工程位于巴基斯坦克什米爾地區的尼拉姆河上。電站裝機4臺，總裝機容量963 MW。該4臺哈爾濱電機廠有限責任公司生產的水輪發電機結構型式為立軸懸式全封閉雙路自循環空氣冷卻三相凸極同步發電機。運行中，電站4#機甩50%負荷后發現擺度振動增大，空載空轉后數據不能恢復。停機檢查發現磁極鍵有松動現象。

1 發電機技術參數

發電機主要技術參數如下。

發電機容量SN：265．5 MW

額定功率因數cosΦN：0．9

旋轉方向：俯視順時針

額定電壓UN：15．75 kV

額定電流IN：10 814 A

額定轉速nN：300 r/min

飛逸轉速nN：495 r/min

額定頻率fN：50 Hz

相數m：3

定轉子繞組絕緣等級：F

冷卻方式：全空冷

發電機飛輪力矩GD2：>7 540 tm2

轉子支架為圓盤式焊接結構。有10個主立筋，在廠內與轉軸熱套在一起，轉子支架具有足夠的剛度和強度。磁軛沖片是由4 mm厚低合金高強度鋼板WDER650沖制而成，在工地疊壓成整體。在磁軛和轉子支架的鍵槽中打進斜度1：200磁軛凸鍵，使磁軛與轉子支架徑向脹緊。轉子磁軛結構，如圖1所示。

圖1 轉子磁軛裝配示意圖

為了保證在低于分離轉速時，磁軛與支架間仍有一定的過盈，使得轉子磁軛與支架同步轉動，熱打鍵的緊量必須符合設計要求[1]。巴基斯坦某電站磁軛熱打鍵的單邊緊量為1.25 mm。磁軛打鍵時必須加熱磁軛，加熱溫度應達到使磁軛的徑向熱膨脹量與分離轉速時由離心力產生的徑向變形量相等[2]。

轉子是發電機組的心臟，是變換能量和傳遞轉矩的主要部件。轉子磁軛等裝配質量的好壞直接影響到機組的安全穩定運行。轉子的結構應滿足足夠的剛度和強度，在飛逸轉速時不發生有害變形并在任何工況下不得失去穩定。

在磁極和磁軛離心力的作用下，磁軛要徑向脹大，磁軛與轉子支架之間會出現間隙。水輪發電機和電網解列或甩負荷時，機組轉速將升高。為防止過速時因磁軛與轉子支架分離而產生偏心振動，必須保證磁軛與轉子支架同心。磁軛與轉子支架連接采用徑向和切向復合鍵結構，如圖2所示。分離轉速為額定轉速的1.15倍。

2 甩50%以上負荷后振擺不能恢復情況介紹

巴基斯坦某電站4#機甩50%負荷后發現，擺度振動增大， 空載空轉后數據不能恢復。先對轉子交流阻抗進行試驗，排除磁極匝間短路。停機檢查發現磁極鍵有松動現象(過速試驗后未進行磁極鍵打緊)。甩75%負荷后發生與甩50%負荷類似情況，擺度振動增大，空載空轉后數據不能恢復。甩75%負荷前后振擺數據見表1。

圖2 轉子磁軛復合鍵結構

表1 甩75%負荷前后振擺數據

4#機甩50%負荷磁極鍵打入深度比3#機過速試驗后磁極鍵打入深度大得多，分析轉子磁極掛裝質量和轉子磁軛裝配質量不好。現場操作者回憶，4#機磁極掛裝前，磁軛沖片參差不齊(分析磁軛疊裝時整形不好)。甩50%負荷后，機組轉速能達到351.1 r/min(超過分離轉速)。

根據筆者多年從事水輪發電機組的安裝調試指導工作經驗，結合《百龍灘水電廠3號機轉子事故原因剖析》[3]，機組甩負荷后空載、空轉振擺基本上能恢復到初始狀態，不能恢復說明發電機轉動部分存在異常現象，需檢查處理。

3 分析問題

原因分析及建議：

(1) 現場對上導、下導的抱瓦應存在虛抱現象。對上導、下導的重新抱瓦有助于減小擺度。上下導軸承為油浸式自循環和巴氏合金結構。在瓦背面裝有能將徑向力傳遞給機架的球面支柱，瓦背面和球面支柱之間墊有不同厚度的薄墊片，用以調整導瓦與滑轉子之間的裝配間隙。上導軸承結構如圖3所示。

(2) 現場對千斤頂碟簧按設計壓縮量要求進行調整后，有助于改善上機架受力情況，減小上導擺度。千斤頂碟簧結構如圖4所示。

圖3 上導軸承結構

圖4 千斤頂碟簧結構

(3) 現場做配重試驗只能消除機械不平衡，對電磁不平衡只能部分糾正。調整抱瓦和千斤頂碟簧，只能緩解，并不能改變甩50%以上負荷后振擺不能恢復的趨勢。

(4) 請制造廠對設計緊量進行核算，設計緊量可保證轉子磁軛與固定部件不發生相對運動。其余3臺機甩50%、75%負荷后空載空轉擺度振動均能恢復正常。現場操作者回憶，4#機實際磁軛熱加墊厚度未達到設計要求。

所以4#機甩50%、75%負荷后空載空轉擺度振動不能恢復根本原因在于轉子磁軛裝配質量及熱打鍵的加墊厚度未滿足設計緊量要求。根據磁軛副鍵的打緊檢查，磁軛副鍵的打緊緊度也不夠。

DL/T 5230—2009《水輪發電機轉子現場裝配工藝導則》[4]7．12．2對設計要求為熱加墊的磁軛鍵有明確要求。根據其“冷”打鍵階段裝配實測徑向間隙值和設計要求的預緊量，以及磁軛圓度或同心度的調整要求，計算確定各磁軛鍵熱加墊的厚度。

根據制造廠家的《磁軛疊裝工藝守則》中，“測量立筋槽底和沖片槽與磁軛凸鍵間隙值并記錄”的要求測量的兩個間隙值和設計圖紙對熱打鍵緊量，以及磁軛圓度或同心度的調整要求，取頂部、中部及底部間隙測量的平均值，計算出應墊墊片厚度值。

DL/T 5230—2009《水輪發電機轉子現場裝配工藝導則》7．12．7 3磁軛熱打緊鍵后，打緊磁軛副鍵。等磁軛自然冷卻后，再拔出副鍵，檢查、修理其接觸面應達70%以上；在其各工作面涂二硫化鉬潤滑脂后，再用大錘在凸鍵兩側對稱打緊。復查其小頭的楔入深度，應與凸鍵下端平齊，多余部分切除。

DL/T 507—2014《水輪發電機組啟動試驗規程》[5]6．5．5過速試驗停機后應進行如下檢查：全面檢查發動機轉動部分，如轉子磁軛鍵、磁極鍵、阻尼環及磁極引線、磁軛壓緊螺桿等有無松動或移位。

4 解決問題

(1) 選用3 kg左右的大錘對磁軛副鍵用大錘進行打緊，甩50%負荷后，空載空轉振擺情況明顯改善。甩75%負荷后，空載空轉振擺不能恢復。在熱態下打緊磁軛副鍵，凸鍵起不到作用時，副鍵頂替。

(2) 對上下導瓦間隙進行檢查，發現存在上下導瓦虛抱現象，按圖紙要求進行抱緊。

(3) 重新調整發電機導瓦間隙后，進行甩75%負荷試驗，空載空轉振擺基本恢復初始狀態。進行動平衡試驗，加配重。在熱態下打緊磁軛副鍵。

(4) 甩100%負荷試驗，空載空轉擺度恢復到初始狀態，振動基本恢復到初始狀態。打緊磁軛副鍵。進行緊急&事故停機試驗(25%、50%、75%、100%)之后打緊磁軛副鍵。

電機實際是凸鍵緊量不夠未起到應有的作用，通過反復打緊磁軛副鍵使其起到凸鍵的作用，磁軛副鍵的圖紙要求如圖5所示。磁軛副鍵最大打入深度45 mm，打緊磁軛副鍵后測量如圖6所示。

圖5 磁軛副鍵的圖紙要求

圖6 打緊磁軛副鍵后測量圖

5 結語

建議類似這類高轉速機組一定要注意磁軛疊裝質量[6]，磁軛熱打鍵加墊厚度應列入驗收記錄進行質量控制。廣東某抽蓄電站發電電動機動平衡相位常出現變化的原因之一也是磁軛鍵松動。本文通過對巴基斯坦某電站4#機甩負荷后振擺問題的處理，對振擺不能恢復的原因進行分析，并提解決方案。對其他電站甩負荷后振擺不能恢復的處理，有一定的參考和借鑒作用。