祝 迪，朱智岳，覃士勇

(湖北清江水電開發(fā)有限責任公司，湖北 宜昌 443000)

曬谷坪電站是清江隔河巖水利樞紐保安自備電廠，位于長陽縣隔河巖水利樞紐左岸，利用清江隔河巖電站施工導流隧洞改建成引水式地下廠房。電站安裝2臺5 MW臥式水輪發(fā)電機組，總裝機10 MW，最大流量13.4 m3/s。2018年曬谷坪水電站實施了增效改造項目，更換了水輪發(fā)電機組及相關輔助設備[1]。

1 穩(wěn)定性試驗的目的

本次試驗的主要目的在于檢測曬谷坪水電站2臺水輪發(fā)電機組在啟動試運行過程中的穩(wěn)定性參數(shù)，分析該機組在試運行期間可能存在的問題，并提出相應的處理措施，為機組安全穩(wěn)定運行提供技術(shù)保證。

2 機組形式與測點布置[2-3]

由于該水輪發(fā)電機組為臥式機組，整個軸系由水輪機轉(zhuǎn)子和發(fā)電機轉(zhuǎn)子組成，其中發(fā)電機轉(zhuǎn)子由2個徑向軸承支承，水輪機轉(zhuǎn)子為懸臂結(jié)構(gòu)，因此未測量水輪機振動。

1)擺度測點。在發(fā)電機前后軸承布置渦流傳感器，測量機組擺度，共2個測點。

2)振動測點。在發(fā)電機前、后軸承處垂直方向和水平方向布置振動速度探頭，測量發(fā)電機軸承座振動，共4個測點。

3)鍵相測點。在發(fā)電機前軸承附近大軸表面布置光標，在發(fā)電機前軸承上布置光電探頭，測量機組轉(zhuǎn)速，共計1個測點。

3 1號機組數(shù)據(jù)分析

曬谷坪水電站1號水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性試驗，試驗數(shù)據(jù)如下所示。

1)變轉(zhuǎn)速試驗，試驗數(shù)據(jù)如表1，波德曲線如圖1所示。從圖表數(shù)據(jù)可以看出，在定速過程中，1號機組發(fā)電機前軸承擺度在180 μm左右。頻譜分析表明，該信號工頻分量振動幅值約140 μm，說明發(fā)電機存在一定的質(zhì)量不平衡。

圖1 發(fā)電機前軸承擺度波德圖

表1 變轉(zhuǎn)速試驗過程中1號機組穩(wěn)定性試驗數(shù)據(jù)表μm

2)變電流試驗，試驗數(shù)據(jù)如表2，振動趨勢如圖2所示。從圖表數(shù)據(jù)可以看出，在變勵磁電流試驗過程中，1號機組發(fā)電機振動變化不大(振動輕微變化主要是由水力不穩(wěn)定振動引起的)，說明該機組電磁平衡狀態(tài)良好。

表2 變勵磁電流試驗過程中1號機組穩(wěn)定性試驗數(shù)據(jù)表μm

圖2 勵磁試驗過程中發(fā)電機振動趨勢圖

3)變負荷試驗，試驗數(shù)據(jù)如表3，振動趨勢如圖3所示。從圖表數(shù)據(jù)可以看出，1號機組在0.1～2.6 MW負荷區(qū)間運行時，發(fā)電機振動在20～50 μm之間波動；但2.8 MW以上負荷運行時，發(fā)電機振動變化不大，說明0.1～2.6 MW負荷區(qū)域很可能為該水輪發(fā)電機組的振動區(qū)域。

圖3 帶負荷試驗過程中發(fā)電機振動趨勢圖

表3 變負荷試驗過程中1號機組穩(wěn)定性試驗數(shù)據(jù)表μm

4 2號機組數(shù)據(jù)分析

曬谷坪水電站2號水輪發(fā)電機組進行了穩(wěn)定性試驗，試驗數(shù)據(jù)如下所示。

1)變轉(zhuǎn)速試驗，試驗數(shù)據(jù)如表4，波德曲線如圖4所示。從圖表數(shù)據(jù)可以看出，在定速過程中，2號機組發(fā)電機前軸承擺度在180 μm左右。頻譜分析表明，該信號工頻分量振動幅值約150 μm，說明發(fā)電機存在一定的質(zhì)量不平衡。

表4 變轉(zhuǎn)速試驗過程中2號機組穩(wěn)定性試驗數(shù)據(jù)表μm

圖4 發(fā)電機前軸承擺度波德圖

2)變電流試驗，試驗數(shù)據(jù)如表5，振動趨勢如圖5所示。從圖表數(shù)據(jù)可以看出，在變勵磁電流試驗過程中，2號機組發(fā)電機振動變化不大(振動輕微變化主要是由水力不穩(wěn)定振動引起的)，說明該機組電磁平衡狀態(tài)良好。

圖5 勵磁試驗過程中發(fā)電機振動趨勢圖

表5 變勵磁電流試驗過程中2號機組穩(wěn)定性試驗數(shù)據(jù)表μm

3)變負荷試驗，試驗數(shù)據(jù)如表6，振動趨勢如圖6所示。從圖表數(shù)據(jù)可以看出，2號機組在0.1～2.7 MW負荷區(qū)間運行時，發(fā)電機振動在20～100 μm之間波動；但在2.8 MW以上負荷運行時，發(fā)電機振動變化不大，說明0.1～2.7 MW負荷區(qū)域很可能為該水輪發(fā)電機組的振動區(qū)域。

表6 變負荷試驗過程中2號機組穩(wěn)定性試驗數(shù)據(jù)表μm

圖6 帶負荷過程中發(fā)電機振動趨勢圖

5 結(jié)論與建議

1)1號水輪發(fā)電機組發(fā)電機前軸承擺度小于185 μm，后軸承擺度小于110 μm，發(fā)電機垂直振動和水平振動均小于50 μm；2號水輪發(fā)電機組發(fā)電機前軸承擺度小于180 μm，后軸承擺度小于110 μm，振動和擺度滿足標準要求。

2)1號水輪發(fā)電機組在0.1～2.6 MW負荷區(qū)間運行時，發(fā)電機振動在20～50 μm之間波動；2號水輪發(fā)電機組在0.1～2.7 MW負荷區(qū)間運行時，發(fā)電機振動在20～100 μm之間波動。說明該負荷區(qū)域很可能為該水輪發(fā)電機組的振動區(qū)。建議在機組運行期間盡量避免在該負荷區(qū)域運行。

3)曬谷坪水電站2號水輪發(fā)電機組在0.1～2.7 MW負荷區(qū)間運行時，發(fā)電機振動在20～100 μm之間波動，最大振動超過標準要求。在其他工況下，發(fā)電機垂直振動和水平振動均小于30 μm，該機組振動滿足標準要求。

4)2臺水輪發(fā)電機組電磁平衡狀態(tài)良好，在勵磁電流試驗過程中，振動的輕微變化主要是由水力不穩(wěn)定振動引起的。

5)2臺水輪發(fā)電機組發(fā)電存在一定的質(zhì)量不平衡。如有機會，可考慮對發(fā)電機轉(zhuǎn)子實施現(xiàn)場動平衡，進一步提高機組穩(wěn)定性水平。

6)2臺水輪發(fā)電機組未配備振動與擺度在線監(jiān)測系統(tǒng)，如有機會，建議安裝振動與擺度在線監(jiān)測系統(tǒng)，以便對該機組穩(wěn)定性參數(shù)進行實時監(jiān)測。