三板溪電廠4號機組水導擺度偏大分析及處理

王 偉，龍海軍

（五凌電力有限公司三板溪電廠，貴州 錦屏556700）

1 概述

三板溪水電站位于貴州省錦屏縣沅水干流上游清水江中下游，距縣城25km，為沅水梯級開發的龍頭水庫。工程以發電為主，兼有防洪、航運、梯級補償等綜合效益。水庫總庫容40.94億m3，具有多年調節性能，正常蓄水位475.00m。電廠安裝4臺單機容量為255MW的水輪發電機組，總裝機容量1020MW，年發電量24.28億kW·h。電廠選用哈爾濱電機廠生產的立式水輪發電機組，型號為HLA855-LJ-505。其主要技術參數如下：

水輪機額定功率：256.5MW（單機）

額定水頭：128m

最大水頭：156.5m

最小水頭：97m

導水機構中心線高程：313.45m

額定轉速：166.7r/min

飛逸轉速：315r/min

旋轉方向：俯視順時針

2 故障情況

4號機組自2018年4月15號（水頭：105m）運行以來，一直存在水導擺度偏大問題（同等工況、同水頭下相對于1號、2號、3號機組）。如表1所示。

3 原因分析

3.1 現場比對

表1 同工況下水導擺度、上機架振動對比

通過現場查看，相同工況下，現場利用離線設備對4號機組水導X向擺度、上機架Y向水平振動測點進行了現場比對，結果表明：在線監測系統測值與離線設備測值略有差別，但差別不大，在線監測系統測值準確可靠。

表2 在線監測系統測值與離線設備測值比較

3.2 測點波形及頻譜分析

現場對4號機組分別進行了60MW、80MW、85MW工況的變負荷試驗。各工況點水導X向擺度、上機架Y向水平振動的幅值見表3。

表3 變負荷試驗振動表

各工況下水導擺度、上機架水平振動測點波形、頻譜圖見圖1～圖3。

圖1 60MW工況水導擺度、上機架水平振動波形、頻譜圖

圖2 80MW工況水導擺度、上機架水平振動波形、頻譜圖

圖3 85MW工況水導擺度、上機架水平振動波形、頻譜圖

結果表明，上機架水平振動由60MW增加至85MW過程中，幅值變化較小，水導擺度存在明顯上升；通過在線監測裝置頻譜分析，60MW、80MW工況水導擺度未見低頻分量，85MW工況存在明顯低頻分量，即機組進入渦帶區，受尾水渦帶影響，大軸擺度上升明顯；60MW、80MW工況尾水管進人門處存在較大噪聲，85MW工況尾水管進人門處噪聲明顯減少。

根據混流式水輪機的基本原理，混流式水輪機在偏離設計工況運行時，轉輪出口水流發生旋轉運動，在尾水管內形成渦帶，水流產生壓力脈動，使水輪機運行不穩定。根據偏離設計工況的情況，可將水輪機運行工況分為葉道渦區、渦帶區、穩定區。此外，還有葉片進口背面脫流區，出口脫流區等。

當前水頭下，60MW、80MW工況為葉道渦區，其特點為水壓脈動頻率相對較高、機組噪音較大；85MW工況為渦帶區，其特點為水壓脈動主要為低頻，易引起機組擺度上升。

圖4 混流式水輪機穩定區域劃分示意圖

通過上述分析可知4號機組較其他機組水導擺度偏大的原因可能是由于機組軸線曲折、瓦間隙分布不合適引起，同時在部分工況受尾水管渦帶的影響，水導擺度將進一步上升。

4 處理方法

在4號機組C級檢修中，電廠通過對稱抱緊4塊下、水導瓦盤上導的方式的對機組進行盤車，盤車記錄如表4所示。

表4 盤車記錄 單位：0.01mm

三板溪電廠水輪發電機額定轉數為166.7r/min，根據《GB8564-2003水輪發電機組安裝技術規范》的規定標準，發電機軸上軸承處軸頸及法蘭，相對擺度應該不大于0.03mm/m，水輪機軸導軸承處軸頸相對擺度應該不大于0.05mm/m，集電環絕對擺度不應該大于0.50mm，任何情況下水輪機導軸承處的絕對擺度不得超過0.35mm。

相對擺度就是絕對擺度（mm）與測量部位至鏡板距離（m）之比值。我廠上導至鏡板的距離為5.29m，下導至鏡板的距離為1.935m，主軸法蘭至鏡板的距離為3.805m，水導至鏡板的距離為6.68m，由此可以算出各部位各盤車點的相對擺度，顯然是符合《GB8564-2003水輪發電機組安裝技術規范》的規定標準的。

取上導設計瓦半徑值為875mm做標準軸承圓，分析盤車數據上導處最大擺度出現在3號與4號點之間且偏向3號點，同時此處的值為負值，參考上導處的凈全擺度（最大值7.56）以0.0756mm為直徑做機組實際中心的軌跡圓，由于此時的絕對擺度為負值，間隙圓的圓心應在最大擺度值處，以此為圓心，設計半徑值加上此處設計的瓦間隙值（875+0.19）做間隙圓，將實際瓦的位置對應到相同的坐標系內，測量瓦中心線與2個圓之間的距離即可得到瓦間隙。

圖5 8號瓦（與+X方向偏差15°）處間隙示意圖

三板溪電廠上導單邊設計間隙：0.15～0.20mm；下導單邊設計間隙：0.15～0.20mm；水導單邊設計間隙：0.18～0.22mm。據此對上導、下導、水導間隙分配見表5。

表5 機組導軸承間隙分配表

5 結語

根據檢修后盤車記錄分配瓦間隙后，4號機組運行至今各導軸承瓦溫均在規范范圍以內，水導擺度由檢修前平均320μm下降至平均168μm左右，水導擺度偏大問題得到徹底解決，為同類型機組處理類似故障提供了參考。