李東進(jìn)，干　超

(1．臺(tái)州市黃巖區(qū)富山電站管理局,浙江■臺(tái)州■318023；2.水利部農(nóng)村電氣化研究所，浙江■杭州■310012；3.水利部農(nóng)村水電工程技術(shù)研究中心，浙江■杭州■310012)

1　電站概況

富山一級(jí)電站位于浙江省臺(tái)州市黃巖區(qū)寧溪鎮(zhèn)方家岙村，屬跨流域引水式高水頭電站。全站共裝有2臺(tái)沖擊式臥式水輪發(fā)電機(jī)組，容量為2×8 000 kW，最高水頭為485 m，設(shè)計(jì)水頭為440 m。

機(jī)組水輪機(jī)型號(hào)CJA237—W—143/2×12.5，發(fā)電機(jī)型號(hào)SFW8000—10/2150，轉(zhuǎn)速為600 r/min，布置型式為二支點(diǎn)。電站年設(shè)計(jì)發(fā)電量3 280萬kW·h，以調(diào)峰為主。水庫正常蓄水位為582 m，相應(yīng)庫容為792 m3。

電站于1998年10月建成投產(chǎn)發(fā)電。因原水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪較易發(fā)生空蝕，2002年更換成不銹鋼整體鑄造轉(zhuǎn)輪。

2　電站機(jī)組故障現(xiàn)象

2014年5月，運(yùn)行人員在巡檢機(jī)組時(shí)發(fā)現(xiàn)2號(hào)機(jī)組前軸承座瓦蓋螺栓有松動(dòng)現(xiàn)象，經(jīng)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)檢查，未發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中的機(jī)組有異?，F(xiàn)象，就把前軸承座瓦蓋螺栓擰緊，要求運(yùn)行人員加強(qiáng)關(guān)注。晚上機(jī)組停機(jī)，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)機(jī)組有串動(dòng)現(xiàn)象，聲音有點(diǎn)異常。

次日，2號(hào)機(jī)組開機(jī)前，技術(shù)人員與運(yùn)行人員對(duì)其進(jìn)行了全面檢查，未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。但在開機(jī)空轉(zhuǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)機(jī)組來回串動(dòng)，幅度較大，目測(cè)約有5 mm，且機(jī)組伴有輕微異常聲音(見表1)。

表1　2號(hào)機(jī)組水輪機(jī)前導(dǎo)軸承振動(dòng)值

由表1測(cè)得的數(shù)據(jù)可知：水輪機(jī)前導(dǎo)軸承在空轉(zhuǎn)和空載的時(shí)候，水平和垂直振動(dòng)最大，其中垂直振動(dòng)達(dá)到了0.45 mm，而且空轉(zhuǎn)時(shí)有軸向串動(dòng)，串動(dòng)幅度達(dá)到了4 mm；但是在空載時(shí)，軸向振動(dòng)消失了。機(jī)組帶上負(fù)荷并逐漸增加，機(jī)組的振動(dòng)值逐漸減小，并減小到正常范圍，一直到滿負(fù)荷8 000 kW時(shí)機(jī)組均未有異常，也不發(fā)生串動(dòng)現(xiàn)象。

機(jī)組逐漸減少負(fù)荷，到2 000 kW時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組振動(dòng)加大；到解列時(shí)，機(jī)組振動(dòng)較大，振動(dòng)幅度與并網(wǎng)前相差不大。去掉勵(lì)磁后，機(jī)組來回串動(dòng)，幅度4 mm，振動(dòng)情況與并網(wǎng)前空轉(zhuǎn)相同。

3　機(jī)組振動(dòng)原因分析及處理

水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的原因很復(fù)雜，主要有水力、機(jī)械、電氣等三個(gè)方面的原因。沖擊式水輪機(jī)水力振動(dòng)是由于轉(zhuǎn)輪空蝕、射流不正或不均、尾水位過高等；機(jī)械振動(dòng)是由于機(jī)械部分力不平衡引起的振動(dòng)，如轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量不平衡、軸線偏差、擺度過大；電氣振動(dòng)是由于電氣方面原因造成發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)不平衡而引起的振動(dòng)，如發(fā)電機(jī)三相不對(duì)稱運(yùn)行或發(fā)電機(jī)發(fā)生短路過障等。

水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)雖不可避免但若能將振動(dòng)限制在允許的范圍內(nèi)，就能確保機(jī)組的安全正常運(yùn)行；否則，振動(dòng)會(huì)使機(jī)組部分連接緊固件松動(dòng)、斷裂，使各轉(zhuǎn)動(dòng)部件和靜止部件之間產(chǎn)生摩擦甚至掃膛而損壞；引起機(jī)組零部件或焊縫的疲勞，形成并擴(kuò)大裂縫甚至斷裂；加速機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分磨損，軸瓦溫度升高、燒毀。水輪機(jī)共振引起的后果更嚴(yán)重，如機(jī)組設(shè)備振動(dòng)與廠房共振可使整個(gè)設(shè)備與廠房遭到破壞。

針對(duì)2號(hào)機(jī)組發(fā)生的振動(dòng)現(xiàn)象，根據(jù)表1中的檢測(cè)數(shù)據(jù)，原因分析如下：

當(dāng)機(jī)組帶3 000 kW以上負(fù)荷時(shí)，機(jī)組振動(dòng)在許可范圍內(nèi)，且勵(lì)磁電流大小與振幅無關(guān)，排除電氣原因。

當(dāng)時(shí)尾水水位不高，補(bǔ)氣暢通，且機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)無異常，若射流方向與轉(zhuǎn)輪面不平行，則機(jī)組所帶負(fù)荷越多，振動(dòng)會(huì)越厲害，因此也排除水力原因。

經(jīng)過綜合分析，主要有以下幾個(gè)方面因素造成上述振動(dòng)現(xiàn)象：一是與主軸和轉(zhuǎn)輪螺栓連接緊密有關(guān)，在歷年的檢修過程中均發(fā)現(xiàn)2號(hào)水輪機(jī)主軸端部鐵板與螺栓焊接的焊縫每年都有裂縫，說明轉(zhuǎn)輪與主軸有相對(duì)滑動(dòng)。查閱2002年轉(zhuǎn)輪安裝時(shí)的資料發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)轉(zhuǎn)輪與主軸間隙有0.15 mm，轉(zhuǎn)輪孔徑偏大，且自轉(zhuǎn)輪更換以來，多次更換聯(lián)接鍵?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)主軸與轉(zhuǎn)輪間隙發(fā)展到最大處有0.30 mm。二是與機(jī)組運(yùn)行工況有關(guān)，在開機(jī)空轉(zhuǎn)與帶少量負(fù)荷時(shí)，轉(zhuǎn)輪、主軸、鍵三者之間摩擦力小于轉(zhuǎn)輪重力，在旋轉(zhuǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，到負(fù)荷加大時(shí)，水力作用在轉(zhuǎn)輪上，摩擦力變大，轉(zhuǎn)輪與主軸之間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，故帶較大負(fù)荷時(shí)機(jī)組能正常運(yùn)行。三是與電站運(yùn)行方式有關(guān)，富山一級(jí)電站95%以上運(yùn)行時(shí)間是峰電運(yùn)行，開停機(jī)頻繁，轉(zhuǎn)輪與主軸之間磨擦次數(shù)較多，間隙逐漸變大。

通過與廠家溝通，廠方派技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)查看后與本單位技術(shù)人員協(xié)商，確定解決方案如下：由于當(dāng)時(shí)水庫水位較高，且在臺(tái)汛期間，先對(duì)其作臨時(shí)處理，即在轉(zhuǎn)輪與軸四周之間間隙加墊銅片，待到枯水期運(yùn)轉(zhuǎn)輪到廠家處理。

4　機(jī)組串動(dòng)原因分析與處理

2號(hào)機(jī)組開機(jī)空載時(shí)，轉(zhuǎn)輪中心與水力中心不重合，導(dǎo)致主軸來回串動(dòng)，發(fā)電機(jī)升壓后，受電磁力作用，主軸向發(fā)電機(jī)側(cè)串行；停機(jī)滅磁后，電磁力消失，主軸向水機(jī)側(cè)移動(dòng)。串動(dòng)現(xiàn)象說明轉(zhuǎn)輪中心與噴嘴水力中心不重合，轉(zhuǎn)輪中心與轉(zhuǎn)子中心之間距離偏小。

解決方案是在轉(zhuǎn)輪與主軸之間加墊1個(gè)環(huán)，環(huán)厚度先墊2 mm，若還有串動(dòng)則再墊2 mm。

5　結(jié)　語

廠家派技術(shù)人員在裝配過程中發(fā)現(xiàn)，主軸與轉(zhuǎn)輪接觸的范圍內(nèi)中間凸起，兩邊偏??；原因是轉(zhuǎn)輪中間有1個(gè)空腔，中間部分平時(shí)不與主軸接觸，長(zhǎng)期運(yùn)行后，由于轉(zhuǎn)輪與主軸配合有問題，產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，久而久之，接觸部分因磨損而減小。技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)對(duì)其打磨處理，現(xiàn)運(yùn)行了3年多，均未發(fā)現(xiàn)異常。

參考文獻(xiàn)：

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[3]GB/T 8564—2003,水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范[S].