厄瓜多爾某電站3#機組振動及噪聲原因剖析及處理

仝紅麗，李興邦

(1. 黑龍江哈電多能水電開發(fā)有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040；2. 哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

某大型發(fā)電設(shè)備制造公司生產(chǎn)的厄瓜多爾某電站發(fā)電機結(jié)構(gòu)型式為立軸、懸式、全封閉雙路自循環(huán)空氣冷卻、三相、凸極同步發(fā)電機。定子機座分成4瓣，運到工地后調(diào)整組焊成整圓。為了防止運行時，由于電磁振動所產(chǎn)生的噪聲及振動造成的硅鋼片磁短路現(xiàn)象，厄瓜多爾某電站分瓣定子采用浸膠的滌綸氈結(jié)構(gòu)。

1 技術(shù)參數(shù)

發(fā)電機主要技術(shù)參數(shù)如下。

額定容量：100 MVA

額定功率：90 MW

額定功率因數(shù)：0.9

旋轉(zhuǎn)方向：俯視順時針

額定電壓UN：13.8 kV

額定電流IN：4 183.7 A

額定頻率fN：60 Hz

相數(shù)m：3

額定轉(zhuǎn)速nN：360 r/min

飛逸轉(zhuǎn)速n：648 r/min

定轉(zhuǎn)子繞組絕緣等級：F

推力負荷：250 T

冷卻方式：全空冷

飛輪力矩GD2：≥1 900 tm2

定子可以由若干預(yù)先組裝的分瓣模塊組成，包括機座、鐵心和繞組。由于運輸條件的限制，當(dāng)定子直徑超過4 m時，就需要分瓣制造，運往工地后再將分瓣定子組合成一個整體。定子鐵心疊裝的質(zhì)量直接關(guān)系到發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行[1]。

分瓣定子結(jié)構(gòu)的發(fā)展經(jīng)歷了兩個階段，第一階段是合縫處墊絕緣紙結(jié)構(gòu)。定子組合螺栓把緊后，測量機座合縫板及鐵心合縫面的接觸情況，然后將合縫拆開，根據(jù)鐵心處間隙大小加入不同厚度的絕緣紙墊。一般加墊厚度應(yīng)比實際間隙大0.4 mm，即鐵心合縫處也應(yīng)墊入0.4 mm的絕緣紙墊。定子合縫板接觸面積應(yīng)不小于70%，局部間隙不超過0.2 mm，否則應(yīng)加入金屬墊片。按上述要求加入墊片后，將合縫再行組合復(fù)測，上下端間隙不大于1 mm[2]。

第二階段是合縫處墊浸漬絕緣膠的滌綸氈結(jié)構(gòu)。在1983年11月巴西國際大電網(wǎng)會議水輪發(fā)電機專業(yè)會上，已經(jīng)提出大型水輪發(fā)電機的結(jié)構(gòu)整體化問題。分瓣定子合縫間隙采用環(huán)氧滌綸氈適形材料襯墊，代替過去用鋼紙襯墊的結(jié)構(gòu)，操作簡單，合縫密實牢固，黏結(jié)成整體，有效杜絕了合縫鐵心振動磨損。

2 3#機組定子噪聲及振動情況

厄瓜多爾某電站三臺機組投運后，3#發(fā)電機定子噪聲相比1#機、2#機同部位噪聲偏大，且隨機組負荷增大、鐵心部位溫度升高而減小。經(jīng)對現(xiàn)場定子合縫面螺栓檢查預(yù)緊力，符合設(shè)計要求。3#機定子存在120 Hz高頻振動噪聲，三臺機組定子鐵心噪聲對比數(shù)據(jù)見表1。

表1 三臺機組定子鐵心噪聲對比數(shù)據(jù)

根據(jù)DL/T 507—2014《水輪發(fā)電機組啟動試驗規(guī)程》[3]6.2.10要求，測量、記錄機組各部位振動。額定轉(zhuǎn)速在250～375 r/min，定子鐵心部位機座水平振動(轉(zhuǎn)頻值)和定子鐵心振動(100 Hz雙幅極頻振動值)均為0.03 mm。

厄瓜多爾某電站3#發(fā)電機定子120 Hz振動數(shù)據(jù)見表2，在40 MW負荷下，定子振動已明顯超標(biāo)。

表2 3號機定子鐵心120 Hz振動數(shù)據(jù) 單位：μm

3 分析問題

根據(jù)GB/T 8564—2003《水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范》[4]9.3.1制造廠內(nèi)疊片的分瓣定子組合后，應(yīng)符合下列要求：機座組合縫間隙用0.05 mm塞尺檢查，在螺栓及定位銷周圍不應(yīng)通過。鐵心合縫處按設(shè)計要求加墊，加墊后鐵心合縫處不應(yīng)有間隙。

根據(jù)制造廠家的水輪發(fā)電機定子裝配工藝守則[5]：滌綸氈按專用守則進行浸漬絕緣膠，隨用隨浸。滌綸氈浸漬絕緣膠時，將其浸入配好的膠中，充分浸透，直至無氣泡發(fā)生，氈條浸透無白色為止。取出氈條，擠出多余的膠，滌綸氈含膠量控制在70%～80%范圍內(nèi)，以輕度擠壓不出膠為宜。而后在鐵絲網(wǎng)或竹筐中風(fēng)干備用，適用期60 min。達到用手摸滌綸氈條有濕潤感，但不粘手的程度為準。晾干的滌綸氈應(yīng)盡快使用，當(dāng)班浸氈當(dāng)班用完，浸膠滌綸氈如變硬則不可使用。滌綸氈根據(jù)圖紙配墊在相應(yīng)部位，根據(jù)配墊部位實際情況，調(diào)整配墊滌綸氈厚度。

當(dāng)定子整體加熱時，浸膠的滌綸氈適形材料被加熱固化，固化好的滌綸氈適形材料和鐵心形成一體，有利于發(fā)電機的安全運行。

現(xiàn)場查看定子合縫面處，該部位有毛氈墊層，但未起到緩沖作用。毛氈明顯蓬松，未浸漬絕緣膠。3#機定子噪聲及振動問題的根源在于雖然在鐵心合縫處加滌綸氈，但未按廠家要求對滌綸氈浸漬絕緣膠。因定子鐵心一體性較差，導(dǎo)致運行時噪聲及振動問題的出現(xiàn)。

電磁振動分為兩類：即轉(zhuǎn)頻振動和極頻振動。產(chǎn)生極頻振動的原因常見的是分瓣定子合縫間隙大，還有一特征為其振動頻率一般為機組頻率的兩倍。根據(jù)厄瓜多爾某電站3#機定子振動的頻譜分析，也能分析出是發(fā)電機定子鐵心合縫處不嚴引起的振動，這種振動的頻率范圍為f=120 Hz(二倍頻)。

4 解決問題

解決方案如下：

首先，拆下合縫面處的空氣冷卻器，露出定子鐵心合縫處部位，見圖1。

圖1 拆除空冷器后露出鐵心圖

其次，用白布蘸酒精將定子機座合縫處鐵心外圓表面上的油污清理干凈。用φ3 mm鐵絲包白布蘸酒精將定子機座鐵心合縫處的通風(fēng)槽清理干凈。

再次，通過鐵心合縫處通風(fēng)槽溝用注射器灌51106膠的方式，使原有毛氈浸膠后膨脹，毛氈吸附絕緣膠后固化，達到定子鐵心整體剛度進一步增強的目的，從而減小噪聲和振動。對定子鐵心合縫面進行注膠處理的注膠量約20 kg。

最后，注膠后重新對定子合縫面螺栓進行擰緊。空冷器回裝后對合縫面處拉緊螺桿進行重新拉緊。

處理后機組數(shù)據(jù)如表3所示，3#機定子120 Hz高頻振動效果明顯改善，機組冷態(tài)下最大振動值為12 μm，且各個負荷狀態(tài)數(shù)據(jù)偏差不大。機組運行15 h后已處于熱態(tài)，最大振動仍未超過12 μm，各個位置振動數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定且均滿足合同標(biāo)準要求，定子振動問題已基本解決。

表3 處理后3號機定子鐵心120 Hz振動數(shù)據(jù) 單位：μm

5 結(jié)語

厄瓜多爾某電站3#機定子鐵心合縫處經(jīng)過注膠、擰緊合縫面螺栓、重新拉緊定子鐵心螺桿后，定子振動數(shù)據(jù)有明顯改善，并達到正常使用要求。

本文通過對厄瓜多爾某電站3#機定子振動及噪聲問題的處理，對原因進行了分析，并提出解決方案。對其它分瓣定子的安裝及調(diào)試運行，具有一定的參考和借鑒作用。