張華壘，李 昂

(國電大渡河檢修安裝有限公司，四川 樂山 614900)

沙坪二級水電站安裝有6臺單機出力58 MW的燈泡貫流式機組，為目前國內(nèi)單機容量最大的燈泡貫流式機組。工程于2011年1月動工籌建，2012年5月開始建設(shè)，首臺機組于2017年7月底投產(chǎn)發(fā)電，末臺機組于2019年5月投入商業(yè)運行。機組額定轉(zhuǎn)速88.2 r/min，額定水頭14.3 m，最大水頭24.6 m，最小水頭5.9 m，額定流量457.66 m3/s。隨著機組投入運行時間的增加，逐漸出現(xiàn)了1號、6號機組在汛期低水頭運行時水導軸承振動長期超標的現(xiàn)象。

1 設(shè)備運行情況

1.1 振擺系統(tǒng)介紹

沙坪二級水電站機組振動擺度監(jiān)測系統(tǒng)采用北京華科同安公司開發(fā)的TN8000水輪發(fā)電機組振動擺度監(jiān)測分析系統(tǒng)。

水導軸承和組合軸承的振動傳感器都選擇北京豪瑞斯MLS-9低頻速度傳感器，在相應(yīng)軸承-X，+Y向位置焊接一個水平和一個垂直安裝板, 安裝板上各安裝1個振動傳感器。

水導軸承和組合軸承的擺度傳感器都選用德國申克公司的IN-081一體化渦流傳感器，安裝在相應(yīng)軸承油槽蓋上端面鉛垂方向±45°位置，通過焊接支架固定對準軸表面。6臺機組安裝位置相同，能準確反應(yīng)實際振動值和擺度值。

1.2 各部軸承振動情況

同立式機組相同，燈泡貫流式機組運行時的振動不可避免，但相對較大的振動會對機組的安全運行和使用壽命造成影響，如緊固件松動，受力筋疲勞斷裂等。我國現(xiàn)行有關(guān)燈泡貫流式機組振動允許振動值如表1所示。

表1 燈泡貫流式機組各部位振動允許值表[1]

2019年入汛以來，沙坪二級水電站6臺機組在14、16 m水頭局部負荷運行時，出現(xiàn)了1、6號機組水導軸承X向徑向振動長期超標的現(xiàn)象，見表2，且呈現(xiàn)出機組運行水頭越低，導葉開度越大，機組振動越大的情況。

表2 TN8000振擺監(jiān)測分析系統(tǒng)測量的振動值表 μm

選取6號機組14 m水頭下水導振動進行頻譜分析，水導軸承振動通頻值137.5 μm，各分頻中以轉(zhuǎn)頻為主，測值達84.8 μm，其余各倍頻還包括0.5倍頻、0.75倍頻、2倍頻、4倍頻和5倍頻，其測值較小，見圖1。

圖1 水導振動頻譜圖

2 原因分析

2.1 軸承支架支撐剛度不足

水導軸承的傳感器支架安裝于導水機構(gòu)的內(nèi)配水環(huán)上，導水機構(gòu)內(nèi)配水環(huán)并非基礎(chǔ)受力部件，是通過把合螺栓固定在管型座上，在機組運行時本身就有一定振動，所以水導軸承所測得的振動值實際是內(nèi)配水環(huán)與水導軸承振動值的疊加，當兩個振動發(fā)生正向疊加時，就會造成機組水導軸承振動偏大[2]。

2.2 攔污柵淤堵造成水頭損失

沙坪二級水電站大壩有機組段和泄洪壩段，左岸為機組段，右岸為泄洪壩段，中間采用隔墻隔開，機組段進水設(shè)置有擋沙坎、攔污漂以阻止樹木、大量泥沙進入機組。這種布置方式造成了布置在機組壩段兩側(cè)的機組進水口(1、6號)會形成回流，雜物易在該處淤積，實際運行中也發(fā)現(xiàn)1、6號機組進水口攔污柵壓差同比其它機組更大。

2019年汛期，處于沙坪二級水電站上游的金口河地區(qū)發(fā)生了泥石流，大量的生活垃圾、樹木等進入河道，使機組攔污柵壓差明顯高于往年同期，加大了機組的水頭損失。

由于燈泡貫流式機組的特點是水頭越低，其水頭損失對機組運行越敏感，機組的出力明顯減小，振動、擺度增大[3]。而沙坪二級水電站1、6號機組攔污柵更容易淤堵加大水頭損失，造成在相對較低的水頭下運行時，機組的水力不平衡越明顯，最終造成水導軸承長期超標運行。

2.3 機組空蝕引起振動偏大

水輪發(fā)電機組中，影響機組振動的類型很多，通常有間隙空化和空蝕、空腔空蝕、局部空化和空蝕，以及卡門漩渦等，這些空蝕會直接加劇水輪機振動。尤其在含沙量較大的河流中，泥沙對機組導葉、槳葉的磨損程度加大。機組的空蝕現(xiàn)象嚴重，更容易形成卡門漩渦，更會加劇水輪機振動，從振擺監(jiān)測系統(tǒng)反應(yīng)出來就是水導擺度偏大，水導軸承振動偏大[4]。

沙坪二級水電站在近兩年檢修過程中，對過流部件進行全面檢查，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的空蝕現(xiàn)象。

2.4 協(xié)聯(lián)關(guān)系參數(shù)不準確引起機組振動

燈泡貫流式機組同軸流轉(zhuǎn)漿式機組相同，采用導葉、槳葉雙重調(diào)節(jié)，導葉、槳葉協(xié)聯(lián)關(guān)系的正確設(shè)置，能使機組在各個水頭都處于最優(yōu)工況。沙坪二級水電站6臺燈泡貫流式機組使用的是投運之初安裝單位設(shè)定的協(xié)聯(lián)關(guān)系曲線，沒有根據(jù)機組實際運行工況進行試驗調(diào)整，使部分機組沒有在最優(yōu)工況下運行，槳葉不再具有無撞擊進口，水流對葉片產(chǎn)生沖擊，在轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動過程中，由于槳葉沖角不斷變化，作用在葉片上的力及產(chǎn)生的葉片扭矩相應(yīng)變化，導致機組振動加劇[5]。

2.5 異物卡塞在固定部件與轉(zhuǎn)動部件之間造成機組振動

沙坪二級水電站水庫途徑樂山市金口河區(qū)，沿途多條小河匯流進大渡河，主河道和小河流周邊為主要聚集居住地，人口多，造成河道生活垃圾多。這些垃圾會穿過攔污柵進入機組流道，其中的塑料垃圾、橡膠制品偶爾會卡在轉(zhuǎn)輪槳葉與轉(zhuǎn)輪室之間，造成機組各部振動突然大幅增加。若機組長期在異物卡塞狀態(tài)下運行，也會造成水導軸承振動超標。

沙坪二級水電站機組在實際運行過程中，曾多次發(fā)生過各部軸承振動突然大幅加劇的情況，雖然其中絕大多數(shù)通過多次調(diào)節(jié)負荷、開停機操作，能讓各部軸承振動恢復正常。但也曾兩次出現(xiàn)無論怎么調(diào)節(jié)負荷或開停機都無法使其振動恢復至正常的狀況，隨后經(jīng)停機打開流道檢查，發(fā)現(xiàn)槳葉與轉(zhuǎn)輪室之間卡塞了橡膠制品，轉(zhuǎn)輪室球面也有明顯的摩擦痕跡，清理卡塞物后重新開機，各部軸承振動恢復正常。

2.6 其它原因

槳葉安裝角不同或槳葉接力器行程不同導致的葉道不一致、葉片生產(chǎn)加工產(chǎn)生的葉型不同，槳葉與轉(zhuǎn)輪間隙不均勻，導葉接力器行程不同或拐臂長度不同等等原因?qū)е碌乃Σ黄胶獾榷紩е聶C組振動加劇。

沙坪二級水電在檢修過程中已經(jīng)對槳葉安裝角、導葉開度值、內(nèi)外環(huán)向心球段開檔尺寸、槳葉與轉(zhuǎn)輪室間隙進行了檢查，其中存在主要問題為多臺機組槳葉與轉(zhuǎn)輪室間隙比圖紙設(shè)計值偏小。但相同的狀況下，只有1號和6號機組水導軸承振動長期超標，分析認為槳葉與轉(zhuǎn)輪室間隙偏小不是導致機組水導軸承振動長期超標的主要原因。

3 結(jié) 語

沙坪二級水電站安裝的燈泡貫流式機組是目前國內(nèi)單機最大的燈泡貫流式機組，其振動超標具有一定的代表性，筆者簡要介紹了設(shè)備運行狀況及分析超標的原因，希望對燈泡貫流式機組運維人員判斷設(shè)備狀況、分析設(shè)備振動原因有一定借鑒意義。