蒙祖義

（貴州黔源電力股份有限公司引子渡分公司,貴州 貴陽 550000）

1 前言

引子渡分公司位于烏江上游南源三岔河下游，是國家實(shí)施“西部大開發(fā)”戰(zhàn)略、貴州首批“西電東送”、“黔電送粵”第一個(gè)投產(chǎn)發(fā)電水電項(xiàng)目。工程于2000 年11 月8 日正式開工建設(shè)；2003 年5 月1#機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，2#、3#機(jī)組分別于同年8 月、12 月全部建成投產(chǎn)，順利實(shí)現(xiàn)了“一年三投”發(fā)電目標(biāo)。工程以發(fā)電為主，水庫總庫容5.29 億m3，正常蓄水位1086m，屬不完全年調(diào)節(jié)水庫。電站裝機(jī)容量360MW（3×120MW），設(shè)計(jì)年均發(fā)電量9.78 億kW。

表1 水輪機(jī)參數(shù)

表2 發(fā)電機(jī)參數(shù)規(guī)范

2 引子渡發(fā)電廠1#機(jī)組振動(dòng)異?，F(xiàn)象

引子渡發(fā)電廠1#機(jī)組于2003 年5 月投入運(yùn)行，2012 年4 月進(jìn)行解體性大修，導(dǎo)葉吊出后檢查發(fā)現(xiàn)上、下軸頸銹蝕嚴(yán)重，對導(dǎo)葉上、下軸頸用304 不銹鋼加套處理。檢修后各項(xiàng)參數(shù)正常，投入運(yùn)行后各工況穩(wěn)定，并每年進(jìn)行C 修。

2016 年12 月27 至2017 年1 月4 日，對1#機(jī)進(jìn)行C 修期間，檢查發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪有3 處裂紋，基礎(chǔ)環(huán)有局部氣蝕、裂紋，對轉(zhuǎn)輪裂紋與基礎(chǔ)環(huán)進(jìn)行處理。檢修完成后，機(jī)組投入運(yùn)行正常，各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)與檢修對比沒有明顯變化。

2017 年1 月19 日11：44 分，庫水位1065m、尾水位965m、水頭90m，1#、2#機(jī)有功負(fù)荷增至100MW，1#機(jī)導(dǎo)葉開度65.75%時(shí)，1#機(jī)發(fā)出異常聲響，尾水管內(nèi)發(fā)現(xiàn)有金屬振動(dòng)敲擊聲音，檢查發(fā)現(xiàn)各部振動(dòng)異常增大。發(fā)現(xiàn)此設(shè)備缺陷后，值班人員迅速聯(lián)系調(diào)度值班員調(diào)整1#機(jī)有功負(fù)荷，當(dāng)1#機(jī)導(dǎo)葉開度降至60%，有功負(fù)荷95MW 時(shí)，異常聲響消失，各部參數(shù)恢復(fù)正常。兩次增加負(fù)荷，加大導(dǎo)葉開度，當(dāng)導(dǎo)葉開度超過60%時(shí)，異常聲響，振動(dòng)擺度異常增大。

表3 機(jī)組異常工況下各部振動(dòng)及擺度值與定額對比表

3 振動(dòng)異常增大原因分析

從正常情況與異常情況各部振動(dòng)、擺度數(shù)據(jù)分析，頂蓋垂直振動(dòng)變幅最大，由24.5μm 增大到273.12μm，增大約11 倍，水平振動(dòng)由23.50μm 增大到111.25μm，增大約5 倍；下機(jī)架垂直振動(dòng)由13.30μm 增大到88.20μm，增大約6 倍，水平振動(dòng)由13.10μm 增大到23.20μm，增大約1 倍；各軸承擺度約有增大，但變化不是太大。

引起機(jī)組異常振動(dòng)的原因主要有電磁、機(jī)械、水力3方面，結(jié)合實(shí)際情況分別從電磁、機(jī)械、水力3 個(gè)方面進(jìn)行原因分析

3.1 電磁力振動(dòng)原因分析

機(jī)組空轉(zhuǎn)、加勵(lì)磁與低負(fù)荷時(shí)，振動(dòng)擺度沒有變化，同時(shí)在異常振動(dòng)發(fā)生前后機(jī)組勵(lì)磁電壓、電流沒有變化。在機(jī)組不同的水頭下，只要導(dǎo)葉開度超過65%時(shí)，異常振動(dòng)就會(huì)發(fā)生。因此，電磁力不平衡引起的振動(dòng)不太可能，排除了電磁振動(dòng)原因。

3.2 機(jī)械振動(dòng)原因分析

機(jī)械振動(dòng)引起的主要原因如下：

（1）轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，當(dāng)轉(zhuǎn)子重心與軸心產(chǎn)生偏心距，由于質(zhì)量失衡，離心力的作用，主軸將產(chǎn)生彎曲變形，隨著速度的加大，振動(dòng)越嚴(yán)重。

（2）機(jī)組軸線不正，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的總軸向力不通過推力軸承中心時(shí)，產(chǎn)生的偏心力矩隨著轉(zhuǎn)速的升高，振動(dòng)也隨之增大（水平與垂直都會(huì)增大）。

（3）機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分與固定部分有碰擦，引起振動(dòng)。由于機(jī)組軸線不正，轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)輪等轉(zhuǎn)動(dòng)部分在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中可能會(huì)與固定部分發(fā)生碰擦，導(dǎo)致機(jī)組異常振動(dòng)。

（4）活動(dòng)導(dǎo)葉發(fā)生傾斜，引起振動(dòng)。長期運(yùn)行后，導(dǎo)葉軸頸與軸瓦間間隙增大，導(dǎo)葉位置發(fā)生傾斜，可能會(huì)因?yàn)榕c頂蓋、底環(huán)碰撞而引起振動(dòng)。

根據(jù)異常振動(dòng)的現(xiàn)象，如果是轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、機(jī)組軸線不正、機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分與固定部分有碰擦的原因引起，那么空轉(zhuǎn)時(shí)隨著機(jī)組轉(zhuǎn)速增加，振動(dòng)、擺度就會(huì)大。因此排除這3 種機(jī)械原因。

3.3 水力振動(dòng)原因

水力引起振動(dòng)的主要原因如下：

（1）轉(zhuǎn)輪葉片之間夾有異物，進(jìn)入轉(zhuǎn)輪的水流不對稱而產(chǎn)生水力不平衡，造成轉(zhuǎn)輪振動(dòng)，發(fā)出金屬振動(dòng)敲擊聲，引起機(jī)組各部振動(dòng)。

（2）尾水管中水力不穩(wěn)定現(xiàn)象引起尾水管中的水壓周期性的變化，壓力脈動(dòng)作用于機(jī)組與基礎(chǔ)上，引起振動(dòng)。水流在尾水管進(jìn)口有一環(huán)量形成旋流，當(dāng)此分量達(dá)到一定值時(shí)，便在尾水管中出現(xiàn)渦滯，使尾水管的水流發(fā)生周期性變化，從而引起水壓脈動(dòng)和管壁振動(dòng)。當(dāng)水流進(jìn)入葉片，由出口邊流出時(shí)，便會(huì)在出口邊產(chǎn)生渦列，形成對葉片交替沖擊，當(dāng)葉片自振頻率與沖擊頻率相同時(shí)，便產(chǎn)生共振，這種振動(dòng)只在一定水頭和開度時(shí)才會(huì)產(chǎn)生，它能使葉片的根部或輪緣產(chǎn)生裂紋，有時(shí)還伴有異常金屬聲響。

（3）轉(zhuǎn)輪上下止漏環(huán)偏心，使進(jìn)入轉(zhuǎn)輪上冠外沿的水流不均勻，進(jìn)而產(chǎn)生側(cè)向壓力，引起轉(zhuǎn)輪振動(dòng)，發(fā)出金屬敲擊聲。

（4）活動(dòng)導(dǎo)葉開度不一致，進(jìn)入轉(zhuǎn)輪的水流不平衡，環(huán)流不穩(wěn)定，引起機(jī)組振動(dòng)。

綜上原因分析，引起1#機(jī)組異常振動(dòng)的主要原因應(yīng)為導(dǎo)水部分故障引起。

4 處理措施

通過以上原因分析，引起1#水輪發(fā)電機(jī)組在特定工況下異常振動(dòng)的主要原因：可能是活動(dòng)導(dǎo)葉發(fā)生傾斜，或轉(zhuǎn)輪葉片之間夾有異物引起水力不平衡造成。因此，制定處理措施如下：

（1）首先對1#水輪發(fā)電機(jī)組過流部件進(jìn)行檢查，檢查蝸殼與固定導(dǎo)葉內(nèi)是否有異物；

（2）檢查轉(zhuǎn)輪是否有大的裂紋，檢查活動(dòng)導(dǎo)葉是否發(fā)生傾斜；

（3）如對過流部件檢查沒有發(fā)現(xiàn)問題，請電科院做機(jī)組穩(wěn)定性試驗(yàn)，測試出機(jī)組在異常振動(dòng)工況下的電氣、振動(dòng)、擺度、壓力脈動(dòng)等各項(xiàng)參數(shù)。根據(jù)測試出機(jī)組在異常振動(dòng)時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)，分析查找引起異常振動(dòng)的原因，并制定可行的解決方案。

（4）如還沒有查出問題，對機(jī)組進(jìn)行解體大修處理。

5 檢查處理情況

2017 年10 月，將1#水輪發(fā)電機(jī)組退至檢修狀態(tài)，進(jìn)入蝸殼對過流部件及機(jī)組水力機(jī)械部分進(jìn)行檢查。在蝸殼內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)導(dǎo)流板脫落1m 多長（圖2），被水流沖到蝸殼鼻端卡在固定導(dǎo)葉處（圖1），使蝸殼內(nèi)及進(jìn)入轉(zhuǎn)輪導(dǎo)水葉的水流不平衡，進(jìn)而引發(fā)機(jī)組水力不平衡，使機(jī)組尾水管內(nèi)發(fā)出金屬敲擊聲，水力不平衡引起機(jī)組振動(dòng)異常增大。

重新加工一板導(dǎo)流板焊接穩(wěn)固后投入運(yùn)行正常。

圖1 脫落的導(dǎo)流板卡在蝸殼鼻端固定導(dǎo)葉處

圖2 蝸殼導(dǎo)流板脫落位置

圖3 打磨焊縫表面至圖紙要求

圖4 焊縫PT 檢查合格

6 導(dǎo)流板脫落原因分析與預(yù)防措施

導(dǎo)流板脫落的原因：

（1）施工時(shí)焊接質(zhì)量不高，監(jiān)管不嚴(yán)，存在虛焊與漏焊，特別是導(dǎo)流板加固筋部分只是點(diǎn)焊，焊接不牢固是主要原因；

（2）運(yùn)行管理重視不夠，管理不到位，沒有形成嚴(yán)格的檢查機(jī)制現(xiàn)責(zé)任落實(shí)是造成導(dǎo)流板脫落的次要原因。

預(yù)防導(dǎo)流板脫落的預(yù)防措施：

（1）對3 臺(tái)機(jī)導(dǎo)流板焊縫做專業(yè)檢查，對虛焊與漏焊進(jìn)行補(bǔ)焊；

（2）制定措施，落實(shí)責(zé)任，要求維護(hù)班級在每年機(jī)組檢修時(shí)，對導(dǎo)流板焊縫進(jìn)行檢查，對存在的隱患及時(shí)消除，并做好記錄。