蘭 富

(四川省水利電力工程局，四川資陽(yáng) 641300)

1 概述

機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性是水輪發(fā)電機(jī)組工作性能的重要指標(biāo)，在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的不穩(wěn)定性是機(jī)組設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行和檢修中需要解決的、非常突出的問(wèn)題之一。

影響機(jī)組穩(wěn)定性的原因主要有以下幾個(gè)方面:機(jī)組工作水頭和出力;水壓脈動(dòng)，水流周期性沖擊;機(jī)組支承部分的振動(dòng);轉(zhuǎn)動(dòng)部分的振擺;調(diào)速系統(tǒng)的振蕩;電磁振動(dòng);機(jī)組內(nèi)部不正常聲響等。

水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)是非常有害的現(xiàn)象，它會(huì)降低機(jī)組的供電質(zhì)量，威脅機(jī)組的安全運(yùn)行及使用壽命，惡化電廠的工作環(huán)境;更為嚴(yán)重的是振動(dòng)可使焊縫開(kāi)裂、零部件疲勞斷裂飛出。但是，水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中出現(xiàn)的這種振動(dòng)又不可避免。每座水電站的水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的工況均受到電網(wǎng)、水文、氣候、制造、安裝和時(shí)間等許多因素的影響，故只能在一定的技術(shù)條件下將振動(dòng)盡量地減小，并將其控制在一定的允許范圍內(nèi)，以保證機(jī)組運(yùn)行的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。筆者針對(duì)一個(gè)新安裝的電站機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)生振動(dòng)中的一些特殊現(xiàn)象就其原因進(jìn)行了分析，介紹了處理的全過(guò)程。

2 振動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生

某電站的一臺(tái)新安裝機(jī)組為立式混流金屬蝸殼，其技術(shù)參數(shù)為:

額定水頭 67.5 m; 額定功率 16 MW;

流 量 26.5 m3/s;額定電流 1 035 A;

額定轉(zhuǎn)數(shù) 375 r/min;額定電壓 10 500 V。

該機(jī)組在安裝調(diào)試時(shí)各參數(shù)均控制在國(guó)家規(guī)范內(nèi)，空載運(yùn)行及帶負(fù)荷運(yùn)行均正常。當(dāng)定子三相電流不平衡頻繁出現(xiàn)時(shí)，發(fā)電機(jī)發(fā)出了異常的尖鳴聲和激烈的振動(dòng)現(xiàn)象，而且該現(xiàn)象持續(xù)時(shí)間要占整個(gè)運(yùn)行時(shí)間的一半以上。運(yùn)行將近3個(gè)月后，出現(xiàn)了下機(jī)架基礎(chǔ)松動(dòng)、下導(dǎo)軸瓦燒傷、整機(jī)的振擺嚴(yán)重超標(biāo)等問(wèn)題(表1)。

表1 機(jī)組額定空載運(yùn)行振擺數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)表 單位:μm

3 振動(dòng)產(chǎn)生的原因分析

筆者根據(jù)多年的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析后認(rèn)為其產(chǎn)生的原因主要有兩個(gè)方面:

(1)因?yàn)樵撾娬镜挠脩羰氰F路機(jī)車(chē)，而鐵路機(jī)車(chē)的最大特點(diǎn)是單相用電，故電網(wǎng)負(fù)荷嚴(yán)重不平衡使電機(jī)處于不對(duì)稱(chēng)運(yùn)行工況(據(jù)運(yùn)行記錄:某單相電流最大時(shí)可達(dá)1 300 A，三相電流相差最大可達(dá)到600 A;而同步發(fā)電機(jī)的不對(duì)稱(chēng)運(yùn)行范圍要求每相電流不超過(guò)額定值，負(fù)序分量不超過(guò)額定電流的8% ～10%)，其在發(fā)電機(jī)定子電流中產(chǎn)生了較大的負(fù)序電流，該負(fù)序電流會(huì)引起兩種不良后果:①它將產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在轉(zhuǎn)子鐵芯和繞組中感應(yīng)兩倍頻率的電動(dòng)勢(shì)及相應(yīng)的電流，從而引起附加鐵損耗和銅損耗，使轉(zhuǎn)子過(guò)熱，進(jìn)而影響零部件的物理、化學(xué)和力學(xué)性能;②負(fù)序磁場(chǎng)與勵(lì)磁磁場(chǎng)間有2 ne(ne為額定轉(zhuǎn)速)的相對(duì)速度，會(huì)引起100 Hz的交變電磁轉(zhuǎn)矩，它將同時(shí)作用在轉(zhuǎn)軸和定子鐵芯上而引起100 Hz的振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)將造成電機(jī)結(jié)構(gòu)損壞。發(fā)電機(jī)在不對(duì)稱(chēng)系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)，如該電機(jī)的任何一相電流均不超過(guò)額定值，且負(fù)序分量與額定電流之比最大不超過(guò)12%時(shí)則其可以長(zhǎng)期運(yùn)行;若該電機(jī)在超過(guò)以上允許的范圍運(yùn)行時(shí)可以明顯地觀察到:發(fā)電機(jī)的噪音是尖鳴聲，振動(dòng)的雙振幅值增大，所測(cè)值超過(guò)允許值，而且該機(jī)組在不對(duì)稱(chēng)的系統(tǒng)中運(yùn)行幾乎要占整個(gè)運(yùn)行時(shí)間的一半以上。

(2)在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，電磁振動(dòng)和其他振動(dòng)的相位疊加超出了機(jī)組的承受能力，從而使機(jī)組軸線產(chǎn)生了折線，如下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子變形等(因下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子是熱套在轉(zhuǎn)子大軸上的，在轉(zhuǎn)子振動(dòng)積聚加大的情況下，造成了下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子移位變形與大軸不同心的現(xiàn)象，這一點(diǎn)可以從下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子與大軸法蘭的盤(pán)車(chē)擺度不成等比例增大看出)，導(dǎo)致出現(xiàn)上述結(jié)果。

4 處理方法

(1)經(jīng)過(guò)筆者與電站相關(guān)方面的技術(shù)人員共同會(huì)診后，決定鑿除該機(jī)組下機(jī)架已松動(dòng)的基礎(chǔ)混凝土，重新校正下機(jī)架中心、水平并澆筑基礎(chǔ)混凝土;在混凝土養(yǎng)護(hù)期間著手拆機(jī)檢修的準(zhǔn)備工作。另外，盤(pán)車(chē)時(shí)需要在發(fā)電機(jī)大軸法蘭與水輪機(jī)大軸法蘭間加厚度為0.35 mm銅墊以滿足各道軸承擺度值的要求。

在完成以上工作后開(kāi)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)測(cè)試，在空轉(zhuǎn)、空載、帶負(fù)荷等正常工況下的振動(dòng)參數(shù)均符合國(guó)家現(xiàn)行安裝技術(shù)規(guī)范要求，在14～16 MW出力區(qū)間，機(jī)組運(yùn)行的各振擺參數(shù)均在國(guó)家規(guī)范之內(nèi)，水輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)(雙幅)允許限值見(jiàn)表2。

(2)為保證該電站機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，對(duì)該機(jī)組做了動(dòng)平衡試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)試驗(yàn)人員對(duì)該機(jī)組進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，最終在轉(zhuǎn)子下端面配了23.8 kg的重量，減小了因機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡引起的振動(dòng)。

(3)在處理過(guò)程中，筆者向建設(shè)方建議，對(duì)電網(wǎng)的三相負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整。建設(shè)方調(diào)整了電站上網(wǎng)的方式，從而使三相電流不平衡出現(xiàn)的頻率降低，最大值也從1 300 A降至850 A左右;機(jī)組電流的變化情況:單相最高在850 A時(shí)，其他一相為620 A左右，基本符合發(fā)電機(jī)在不對(duì)稱(chēng)系統(tǒng)中運(yùn)行的要求:如該電機(jī)的任何一相電流均不超過(guò)額定值，且負(fù)序分量與額定電流之比最大不超過(guò)12%時(shí)，即可以長(zhǎng)期運(yùn)行。

表2 水輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)(雙幅)允許限值表 單位:mm

經(jīng)過(guò)重新盤(pán)車(chē)、改善電網(wǎng)和動(dòng)平衡試驗(yàn)后，該機(jī)組的運(yùn)行情況良好。從表3中可以看出機(jī)組的振擺在配重后不同工況時(shí)的具體數(shù)據(jù)。

表3 機(jī)組在配重后空載運(yùn)行時(shí)振擺數(shù)據(jù)表 單位:μm

5 結(jié)語(yǔ)

水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)受電網(wǎng)、水文、氣候、制造、安裝和運(yùn)行工況等許多因素影響，既使是同一電廠不同機(jī)組的振動(dòng)情況都會(huì)不一樣。筆者在此僅作初步探討，供同行參考。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中遇到不同的機(jī)組振動(dòng)情況時(shí)，要認(rèn)真的加以分析研究，科學(xué)、全面的探討現(xiàn)象內(nèi)在的主要原因，才能制定出相對(duì)準(zhǔn)確、快捷的、解決問(wèn)題的方案。

［1］水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范，GB/T8564—2003［S］.

［2］謝 明，張廣溢，主編.電機(jī)學(xué)［M］.重慶:重慶大學(xué)出版社，2004.

［3］劉 云，編著.水輪發(fā)電機(jī)故障處理與檢修［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2002.

［4］王 海，著.水輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)檢修技術(shù)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2004.