水電機組振動超標故障的排查及處理實踐

摘要：針對鉛廠水電站1號機組振動超標導致非停的故障，通過故障分析、轉速試驗、加勵磁試驗、帶負荷試驗，測量機組振動參數，分析磁拉力不平衡造成振動超標的根本原因，排查處理，解決了1號機組振動超標故障。

關鍵詞：水電站，機組振動超標，排查處理

1 概述

鉛廠水電站為引水式開發，以發電為主。水輪機型號HLA855a-LJ-285，設計水頭108米，設計流量57.91立方米/秒，額定出力58.462兆瓦，額定轉速272.7轉/分，飛逸轉速520轉/分。發電機型號SF57-22/6000，密閉雙路自循環空氣冷卻，自并激靜止可控硅勵磁，F/ F （B級考核）級絕緣;額定功率57兆瓦;額定電壓10.5千伏;額定電流3687.3安;額定勵磁電壓392伏，額定勵磁電流792安，功率因數0.85。屬于高水頭高轉速的混流式機組，自投產以來，該機組存在一系列的振動問題，而加勵磁后的磁振動超標問題較為突出，每年檢修均存在上導、下導軸承瓦墊塊、球面支柱碎裂的情況，成為機組安全運行的重大安全隱患，每年均需列為特殊項目來檢查和處理此缺陷。下面我就以2016年7月因振動超標造成非停故障而進行的試驗、分析與處理過程進行全面介紹。

2 機組振動故障描述及原因分析

2.1機組振動故障描述

2016年7月，鉛廠電站1號機振擺在線監測系統顯示下導擺度過大，現場檢查振感非常明顯，停機檢查發現1號機組下導軸承瓦墊塊、球面支柱碎裂，造成1號機組非計劃停運。

2.2原因分析

為了順利找到機組振動產生的原因，研究解決方案，故障發生后公司成立調查小組，現場開展了系列排查工作。

方法一：7月29至8月30日期間，更換了1號機上、下導瓦軸承瓦墊塊、球面支柱。處理結束后，于8月31日至9月1日開展了振擺測試，機組在空載時上機架水平、下機架水平及頂蓋振動幅值超標，不滿足機組長期穩定運行的要求。振動情況在機組增加勵磁后更加明顯，分析為磁拉力不平衡，需進一步檢查分析。

方法二：檢查轉子磁極空氣間隙正常、轉子磁極安裝水平度滿足設計要求，分別對轉子22只磁極做電阻測試無明顯異常后，重新調整了上、下導瓦間隙，并于9月8日至12日開展了動平衡試驗。試驗以空轉、空載、10MW、25MW、35MW、45MW、52MW、57MW為測點進行比對，現場對機組上、下導軸承進行多次調整并做了相應振動測試分析，情況均不太理想。

方法三：最后將上導瓦隙增大0.02mm后再進行測試，機組從空轉態到空載態變勵磁過程中，各部振擺值均有不同程度增大，其中下導擺度、上下機架振動最為明顯，分析問題還是在磁拉力方面，需進一步檢查分析。

經過一系列的動平衡試驗、直流電阻測試、磁極安裝水平度檢查、上、下機架應力檢測、定轉子圓度檢測等檢查和試驗，發電機廠家最終確定用配重的方式來補嘗磁拉力不平衡的問題。并制定的《鉛廠電站校動平衡方案》。

3 方案實施及試驗數據

11月2日至4日對1號機組進行了動平衡測試及配重，本次總配重質量為112kg，轉子上端面配重84kg，轉子下端面配重28kg。由于轉子支架上無條件加較重的平衡塊，改為上端轉子支架通風孔邊加平衡塊，下端加在環開形立筋上，裝配時用電動扳手打緊，不得松動，試驗做完后，用J507焊條焊永久性焊接平衡至轉子支架上，并取出壓緊螺栓，見附圖平衡塊裝配。

3.1配重后的試驗數據

在額定水頭下，本次試驗設置空轉、空載、4MW、8MW、12MW、16MW、20MW、24MW、28MW、32MW、36MW、40MW、44MW、48MW、52MW、57MW共16個工況點，用6只低頻振動傳感器分別布置于上機架水平方向、上機加垂直方向、下機架水平方向、下機架垂直方向、頂蓋水平方向、頂蓋垂直方向以測量機組振動;同時使用6只電渦流位移傳感器測量上導X方向、下導X方向、水導X方向以及水導Y方向擺度;另外，用兩只E+H壓力變送器分別測量蝸殼進口壓力脈動和尾水管出口壓力脈動。

3.2結果分析

經過配重處理，機組在各工況點運行穩定后，采用動態信號測試系統記錄波形及數據，并進行綜合分析計算，從試驗結果可以看出，1號機組加勵磁后因磁拉力不平衡導致的振動超標的故障已徹底消除。在額定水頭下，機組負荷在0-44MW時，振動、擺度及壓力脈動總體幅值滿足相關規程要求，但頂蓋水平振動、水壓脈動上升趨勢明顯，為機組的振動區。0-24MW為限制運行區，24-44MW為禁止運行區，44MW-57MW運行相對穩定，為機組的穩定運行區，建議盡量安排機組在44MW及以上高負荷區運行。

11月5日鉛廠電站1號機組具備恢復運行的條件，并于11月18日11時46分并網通過了72小時試運行，期間機組各部溫度及振擺均正常。配重后磁振動超標問題雖已消除，但該機組仍然無法滿足中國南方電網“所有混流式水輪機在相應水頭下的機組保證功率（機組在當前水頭下的可發最大出力）應在45%～100%范圍內穩定運行”的規定，需加強跟蹤分析，研究優化解決辦法。

4 結束語

發電機組產生振動在現有的科學技術之下是不可避免的，所以現場運維人員要繼續尋找產生振動的原因，做好運行分析。對比機組的運行參數及時捕捉細小的工況變化，在實際生產中盡可能地控制其振動在允許的范圍之內，最好是在出廠設計范圍之內。發電機組是水力發電站重要存在的支撐，必須切實有效的對其振動原因及時進行分析，并作出相應的控制和處理，保證機組能夠長期、安全、可靠的運行，這樣才能保證企業健康穩定的發展。

參考文獻

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[3]聞邦椿。機械振動學[J]，冶金工業出版社，2006年9月。

作者簡介：

宦海榮，男，出生于1979年5月，水輪發電機組運行值班員技師，現就職于云南中云電新能源有限責任公司滇中水電事業部。熟悉水電站現場值班及遠程集控值班運行專業知識，熟悉水電生產運行專業知識，熟悉水電站水庫調度、水情測報管理、水務管理及水情信息整理等，熟悉水電站發電機組及其輔助設備運行維護管理，熟悉云南電網調度運行管理。郵箱：652163288@qq.com，電話：13987871377。