馬云鵬，王立芳

(浙江華科同安監(jiān)控技術(shù)有限公司，浙江桐鄉(xiāng) 314500)

0 引言

某大型抽水蓄能機組在一次轉(zhuǎn)子一點接地動作后上導(dǎo)擺度突然變大，之后一直維持在較大的水平，上導(dǎo)擺度變大的原因可能是由于該次故障導(dǎo)致了上導(dǎo)軸瓦間隙變大或者不均衡，或者轉(zhuǎn)子存在質(zhì)量平衡。該機組安裝有TN8000水電機組狀態(tài)在線監(jiān)測分析故障診斷系統(tǒng)，通過TN8000記錄保存的數(shù)據(jù)，對該機組一個季度內(nèi)的運行情況進行分析研究，主要從質(zhì)量不平衡、上導(dǎo)擺度趨勢、頻譜圖、軸心軌跡、瓦溫和軸線靜態(tài)彎曲等方面對抽水和發(fā)電兩種運行工況分析研究上導(dǎo)擺度異常問題，并給出檢修建議。

圖1 TN8000系統(tǒng)圖

1 TN8000水電機組狀態(tài)在線監(jiān)測分析故障診斷系統(tǒng)

TN8000水電機組狀態(tài)在線監(jiān)測分析故障診斷系統(tǒng)是針對水輪發(fā)電機組的特點和水電站生產(chǎn)實際需要，設(shè)計開發(fā)的新一代集成化和網(wǎng)絡(luò)化水電機組在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，可實現(xiàn)對水輪發(fā)電機組運行狀態(tài)進行全方位的在線監(jiān)測、分析和診斷，及時掌握機組的健康狀況，優(yōu)化機組運行，指導(dǎo)機組檢修，為實現(xiàn)狀態(tài)檢修提供堅實的技術(shù)基礎(chǔ)，TN8000系統(tǒng)圖如圖1所示，TN8000系統(tǒng)測點布置及動態(tài)顯示如圖2所示。

圖2 TN8000系統(tǒng)測點布置及動態(tài)顯示圖

2 上導(dǎo)擺度過大現(xiàn)象

抽水穩(wěn)定工況各擺度變化趨勢如圖3(a)所示，發(fā)電穩(wěn)定工況各擺度變化趨勢如圖4(a)所示，機組接地保護動作后，機組在抽蓄和發(fā)電工況下均表現(xiàn)為上導(dǎo)擺度突然增大，下導(dǎo)擺度略有增大，水導(dǎo)擺度基本沒有變化。

上導(dǎo)擺度值一直比較大并呈現(xiàn)逐漸緩慢增長的趨勢，主要增大成分為上導(dǎo)擺度轉(zhuǎn)頻幅值，上導(dǎo)擺度轉(zhuǎn)頻相位略有變化；抽水工況和發(fā)電工況上導(dǎo)擺度通頻/轉(zhuǎn)頻/相位變化分別如圖3(b)和圖4(b)所示。

圖3 抽水穩(wěn)定工況

圖4 發(fā)電穩(wěn)定工況

3 原因分析

3.1 質(zhì)量不平衡分析

機組在變轉(zhuǎn)速過程中，其振動擺度轉(zhuǎn)頻成分主要是由于質(zhì)量不平衡和大軸靜態(tài)彎曲綜合引起。在整個變轉(zhuǎn)速過程中，大軸靜態(tài)彎曲引起的振動擺度轉(zhuǎn)頻成分基本不變，質(zhì)量不平衡引起的振動擺度轉(zhuǎn)頻成分則與轉(zhuǎn)速平方成正比；在機組低速運行時，質(zhì)量不平衡不會引起振動擺度，此時振動擺度只是由大軸靜態(tài)彎曲引起。因此將機組停機過程中額定轉(zhuǎn)速下的振動擺度轉(zhuǎn)頻成分矢量數(shù)據(jù)減去低速運行時的振動擺度轉(zhuǎn)頻成分矢量數(shù)據(jù)，即可得到額定轉(zhuǎn)速下質(zhì)量不平衡對機組振動擺度的影響，指導(dǎo)機組動平衡。

表1和表2為利用發(fā)電和抽水開機過程振擺監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取的質(zhì)量不平衡量化數(shù)據(jù)，由表可知抽水工況上導(dǎo)擺度明顯大于發(fā)電工況上導(dǎo)擺度。圖5上導(dǎo)擺度、下導(dǎo)擺度和上機架水平振動隨轉(zhuǎn)速變化趨勢。從表1和表2中可以看出，質(zhì)量不平衡對擺度和振動影響較大，發(fā)電和抽水工況計算獲取的失重角位置基本接近，從圖5趨勢圖上可以看出，隨轉(zhuǎn)速升高，上導(dǎo)擺度和下導(dǎo)擺度迅速增大，上機架水平振動也為增長趨勢，初步推斷存在質(zhì)量不平衡。

表1 發(fā)電質(zhì)量不平衡對振動擺度轉(zhuǎn)頻成分影響量化參數(shù)

續(xù)表1 發(fā)電質(zhì)量不平衡對振動擺度轉(zhuǎn)頻成分影響量化參數(shù)

表2 抽水開機過程質(zhì)量不平衡對振動擺度轉(zhuǎn)頻成分影響量化參數(shù)

圖5 開機過程擺度振動隨轉(zhuǎn)速變化趨勢

3.2 擺度振動波形頻譜軌跡分析

上導(dǎo)擺度變大后，不論是抽水工況還是發(fā)電工況，上導(dǎo)擺度和上機架振動均以一倍頻為主，上導(dǎo)軸心軌跡近圓形，如圖6上導(dǎo)擺度、上機架水平振動波形頻譜圖及軸心軌跡圖所示，初步推斷上導(dǎo)瓦可能存在間隙過大問題。

圖6 上導(dǎo)擺度、上機架水平振動波形頻譜圖及軸心軌跡圖

3.3 瓦溫變化趨勢分析

上導(dǎo)軸瓦間隙不均勻，造成有的瓦受力偏大引起該瓦溫度偏高。上導(dǎo)瓦擺度過大超過安裝間隙，也會導(dǎo)致上導(dǎo)瓦載荷增大，受力不均，引起軸瓦溫度偏高。由表3可知，上導(dǎo)軸瓦瓦溫最大偏差7.8℃，該偏差較大，初步推斷上導(dǎo)軸瓦間隙不均。

表3 發(fā)電穩(wěn)定工況上導(dǎo)瓦溫 ℃

3.4 軸線靜態(tài)彎曲分析

機組在停機過程中的低速運行時的擺度數(shù)據(jù)不受勵磁、水力和質(zhì)量不平衡的影響，基本上反映大軸的原始軸線靜態(tài)彎曲。因此通過對機組停機過程中低速運行的數(shù)據(jù)進行特征提取，即可計算獲取機組軸線靜態(tài)彎曲數(shù)據(jù)。

表4為機組在低轉(zhuǎn)速下運行時的擺度數(shù)據(jù)，表5為計算獲取的軸線彎曲參數(shù)。可見大軸彎曲量為43 μm，非常小。因此軸線狀態(tài)良好。

表4 原始擺度值

備注：顯示格式為擺度值∠相位，單位為um，相位以鍵相點為0，逆機組轉(zhuǎn)動方向增大。

表5 軸線靜態(tài)彎曲參數(shù)

備注：彎曲角以鍵相點為0，逆機組轉(zhuǎn)動方向增大。

4 檢修建議

(1) 上導(dǎo)軸瓦和下導(dǎo)軸瓦間隙偏大，上導(dǎo)軸瓦間隙不均衡，建議檢查上導(dǎo)軸瓦和下導(dǎo)軸瓦間隙，按照標(biāo)準(zhǔn)將間隙調(diào)整到合理范圍。

(2) 機組存在質(zhì)量不平衡問題，建議進行動平衡試驗，采取措施將振動擺度值降低至正常范圍。

(3) 加強機組運行過程中的在線監(jiān)測，重點監(jiān)測振動、擺度、壓力脈動、空氣間隙、磁場強度等，定期分析機組的運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題及時解決，保證機組在最優(yōu)狀態(tài)運行。

[1] 馬建康.水輪發(fā)電機軸瓦溫度升高運行的原因與處理[J].水電與新能源，2013(112)：133-135.

[2] 陶息凡.水輪發(fā)電機上導(dǎo)擺度過大的處理措施[J].廣西電業(yè)，2007(90)：114-116.