發電機動態下轉子匝間短路引發振動超標的分析及處理

李 紅，郭益鉆，閆清泉

(湖北芭蕉河水電開發有限責任公司，湖北 恩施 445800)

芭蕉河水電公司二級電站位于湖北鶴峰縣雞公洞，共裝機2臺，合計16 MW，其流域編號為蕉4G、蕉5G，由恩施水電設計院設計，重慶水輪機廠有限責任公司制造。

蕉4G水輪機型號為HLD74-LJ-140，特性為俯視順時針旋轉，轉速428 r/min，額定水頭57 m。水輪機額定出力8 333 kW，設計水頭57 m。機組水輪機為混流式機組，共16片活動導葉，7個固定導葉，活動導葉立面為剛性密封，端面為彈性橡膠織布密封，導葉與拐壁通過分半鍵連接，拐壁、連板、控制環通過剪斷銷和銷釘連接，剪斷銷和銷釘均不帶偏心。

檢修密封為封閉式空氣圍帶，工作氣源壓力為0.7 MPa；工作密封采用水壓橡膠活塞式密封，水導軸承為分塊式油潤滑導軸承，烏金瓦，數量為6塊，設計單邊間隙為0.15～0.20 mm。

發電機型號為SF-8000-14/2860，為懸吊型水輪發電機，上機架為負荷機架。其上導軸承和推力軸承共用一個油槽，導軸承各有8塊烏金瓦，設計單邊間隙均為0.10～0.15 mm，推力瓦為8塊塑料瓦，在推力瓦的下方有8塊丁腈耐油橡膠板來配合調整，并且要求每塊丁腈耐油橡膠板厚度差不大于0.05 mm，8塊推力瓦與丁腈耐油橡膠板配合后的厚度差不大于0.05 mm，于2002年04月28日投產發電。

1 振動現象描述

2018年3月通過對電站群設備進行日常專責巡檢，發現蕉4G運行時上機架的振動比蕉5G運行時的振動明顯偏大，隨即對該機組的徑向振動和垂直振動進行測試檢查，并將各部位測試數據進行分析，依據：《水輪發電機組安裝技術規范》(GB/T8564-2003)、《立式水輪發電機組檢修技術規程》(DL/T817-2014)相關標準，確認蕉4G徑向振動值嚴重超標，數據如表1、表2所示。

表1 水輪發電機組各部位振動允許值表 mm

說明：振動值系指機組在除過速運行以外的各種穩定運行工況下的雙振幅值。

表2 蕉4G機組振動實測值表 mm

2 振動原因排查

2.1 電氣預防性試驗數據檢查

查閱蕉4G近三年電氣預防性試驗數據，并與國家相關標準中的要求參數進行對比，蕉4G發電機組繞組的直流電阻、繞組的絕緣及吸收比、繞組直流耐壓和泄漏電流、轉子對軸絕緣電阻、轉子繞組的直流電阻、勵磁回路絕緣電阻等預試結果均符合國家相關標準，滿足機組安全正常運行條件。

2.2 各部位運行溫度情況檢查

根據機組設計資料與機組現行運行溫度進行對比，其溫度值均在允許范圍內，符合機組穩定長期運行條件，檢查數據列于表3。

2.3 導水機構及過流部件

蕉4G導水機構各傳動件、銷、鍵、緊固件、導水機構拐臂連桿銷無竄動。緊固件各部螺絲無松動，剪斷銷完好。導葉均未發現汽蝕磨損現象。導葉上、下端面密封基本完好，導葉立面間隙合格。轉輪汽蝕、磨損等檢查良好，無氣蝕、裂紋、破裂等現象。蝸殼及尾水管金屬部件無明顯汽蝕現象。蝸殼及尾水測壓管管路疏通，管路通水正常，壓力表顯示無誤。

表3 各部位運行溫度情況檢查數據表

2.4 上、下導軸承檢查及處理

本次檢查上導軸承間隙發現，該軸承間隙嚴重超標，主軸明顯偏于-X及+Y-X方向，見表4、表5上導軸承調節數據。

表4 蕉4G機組上導、下導軸瓦間隙測量值表 mm

表5 蕉4G導瓦調整后間隙測量值表 mm

檢查發現上導軸承2號導瓦和下導軸承7號導瓦背后的撐塊出現斷裂的現象，通過該墊塊斷裂可以說明機組在運行過程中這兩塊瓦受到了極大的徑向力，同時這也可能是上導軸承瓦和下導軸承瓦間隙變大的主要原因，發現設備隱患后，對斷裂的撐塊進行了更換，并對上導軸瓦和下導軸瓦間隙進行了調整，保證設備暫時穩定運行。

2.5 上機架及主軸連接螺栓檢查

對上機架進行了全面的外觀檢查，機架螺栓及銷釘未見松動，固定焊縫未見脫焊。

對主軸聯接螺栓進行外觀檢查，大軸連接螺栓外觀完整，焊縫未發現裂紋及折斷的現象。

3 振動原因處理

3.1 機組軸線調整及導瓦間隙分配

2018年10月我們對該機組進行了旋轉中心及軸線調整，并將三部軸承導瓦間隙進行了分配，徹底的消除了機械上前期存在的各種隱患。檢修完畢后對修前和修后數據進行對比得知，機組檢修前后上機架垂直方向上的振動沒有發生明顯變化，徑向方向上的振動比修前略有變小，并且在空轉態徑向振動值滿足相關規定要求，但加載后振動值仍然不滿足要求，數據如表6。

表6 蕉4G機組軸線調整后振動實測值表 mm

3.2 定轉子局部檢查及處理

1)因4G在加載后振動超標的隱患沒有排除，我們隨即對轉子磁極進行了詳細的檢查，發現轉子本體銷、鍵等部件無松動、錯位及變形的現象，測量氣隙值滿足運行要求，數據如表7。

2)對轉子磁極分別進行了直流電阻和交流阻抗測試，排除了轉子存在內部閘間短路和損壞的可能性，數據如下：測試回路：45.4 mΩ，測試線：2.38 mΩ，絕緣：1000 V-64.5 mΩ，500 V-94.5 mΩ。

蕉4G轉子磁極直流電阻及交流阻抗測試數據分別列于表8和表9。

表7 蕉4G氣隙測量值表 mm

表8 蕉4G轉子磁極直流電阻測試數據表 mΩ

表9 蕉4G轉子磁極交流阻抗測試數據表

3)檢查轉子磁極連接引線發現有多處出現短路放電的情況，包扎磁極連接引線的玻璃絲帶也出現了脫落的現象，并且磁極連接引線本體積碳較多，如圖1所示。

圖1 轉子磁極連接引線圖片

發現設備隱患后，我們對轉子磁極連接引線進行了處理，首先對磁極引線進行了徹底的清洗，然后使用云母帶進行包扎并刷1032絕緣漆，再使用玻璃絲帶進行二次包扎并刷1032絕緣漆，輪番兩次包扎待1032絕緣漆干燥凝固后開機加載試運行，機組徑向振動值滿足相關標準規定值，如圖2所示。磁極引線包扎處理后的測試數據列于表10。

圖2 轉子磁極連接引線處理后的圖片

表10 磁極引線包扎處理后測試機組數據值表 mm

4 結 語

芭蕉河4G轉子勵磁引線包扎處理后，徑向振動比修前發生了明顯好轉，檢修過后我們總結了蕉4G在動態下加載勵磁后上機架振動變大的原因，一方面是由于機組擺度變大導致的，而擺度變大主要是由于機組上導軸瓦和下導軸瓦背面墊塊斷裂，引起軸承各導瓦間隙發生了變化導致的。另一方面是由于轉子勵磁引線銅片裸露在外面，機組在動態下導致銅片與轉子外觀產生了閘間短路，當機組加載勵磁后造成了磁極的不平衡，引起機組在動態下加載勵磁后徑向振動值超標，通過本次對轉子磁極連接引線進行包扎及絕緣處理后振動情況明顯好轉，滿足相關標準及運行要求。