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1、贵州罗甸县石门坎电站机组振动值超标的原因分析及处理摘要:水轮发电机安装完毕首次试运转试验时,会经常出现机组振动值超标问题。但看似常见的问题,引起机组振动的原因各有不同,一般问题现场安装技术人员能处理,如碰到有的极其隐蔽的问题,则需要通过专家会议分析多方会商才能找到问题的根源。关键词:水轮机;振动值;超标分析;处理通过介绍贵州罗甸县石门坎电站启动试运转时,机组振动值超标的原因分析及处理,并着重介绍机组转子质量动不平衡和电磁不平衡引起的振动超标的原因排查过程,为碰到类似问题的机组快速、准确找到原因并处理提供借鉴思路。1 电站概况石门坎水电站二厂位于贵州省罗甸
2、县逢亭镇境内,距县城约28km。电厂以发电为主,属于径流式水电站,来水量取决于上游双河口水电站的梯级调节。该电站安装2台立轴混流式水轮发电机组,总装机容量2×20MW,机组额定转速150r/min。发电机型号为SF-J20–40/6500,转子重量为95t。2 机组振动超标的危害、规范标准及机组试运行振动情况机组在运转中振动超标时会引起各连接部件松动,使各转动部件与静止部件之间产生较大的摩擦碰撞甚至扫膛而损坏,长时间运行还会引起零部件或焊缝疲劳,严重时会形成并扩大裂缝甚至断裂,故机组不管是在启动调试阶段还在日常运行中,发现机组振动值偏大时,应马上停机检查
3、并处理,直至机组运行振动值正常为止[1]。为了减少振动对水轮发电机组的影响,必须提高机组的生产质量。而随着水轮发电机组的制造工艺日趋完善,加工技术的不断提高,国家、行业规范中,对机组振动的要求也在不断提高。从DL/T507—2002《水轮发电机组启动试验规程》中可以看出规范要求的振动指标在提高,具体振动允许值见表1。表1 水轮发电机组带导轴承支架的振动允许值(双幅值)表石门坎电站1号机首次开机至额定转速空转试运行时上机架最大径向振动值0.10mm。该机组额定转速150r/min,根据规范要求,带导轴承支架(即上机架)的水平振动值不允许超过0.09mm,因
4、此机组的振动值超出规范要求。3 机组振动产生原因分析水轮发电机组的振动问题与一般动力机械的振动有一定差异,除了机组本身转动或固定部分引起的振动外,还需考虑发电机的电磁力以及作用于水轮机过流部分的流动压力对系统及其部件振动的影响。在机组运转的状态下,流体—机械—电磁3部分是相互影响的,振动是在动态过程中产生的。当水流流过水轮机时,若引起机组转动部分振动过大,在发电机转子与定子之间会导致气隙不对称变化,由此产生的磁拉力不平衡也会造成机组转动部分振动超标。而转动部分的转动状态出现某些变化后,又会对水轮机的水流流场及发电机的磁场产生影响。因此,水轮机的振动是电气
5、、机械、流体等多种原因引起的。以下从水力、机械、电磁3方面来分析贵州罗甸县石门坎电站启动试运转时机组振动值超标的原因。3.1 水力因素由于水轮机过流部件流态不平衡、水轮机转轮加工粗糙引起的受力不平衡,使作用在转轮的水流失去轴对称,产生一个不平衡的横向力,引起转轮振动。针对水力原因有可能引起机组振动超标,经详细检查安装记录,发现各导叶的开度曲线误差符合规范要求。在开机过程中,水机室也未听到异常的水流声音,初步排除由此引起该机组振动的因素。3.2 机械因素机械因素主要包括基础不稳、转子质量不平衡、机组安装轴线不正、轴承间隙未调整好、主轴轴套滑动等原因。通过查
6、该台机组安装记录,可以初步排除由于机组安装轴线不正和轴承间隙调整不到位的因素引起的振动偏大。同时,也排除基础不稳等原因,故机组空转振动值超标可能是转子动不平衡引起。转子动不平衡引起振动的特征是:振幅是随转速变化而变化的,用公式表示为A=f(ω),ω升高,A增大;反之ω下降,A下降(A:最大振幅值ω:机组角速度)。由于该机组转子是现场组装的,由很多零部件组成,总重量达95t,很难做到质量平衡,而且机组开机过程中从现场测的振动值看,基本上符合转子动不平衡引起振动的规律,上机架水平振动值随转速的上升而变大,在降速过程中,振动值随转速的下降而变小。初步确定该转子
7、动不平衡,需进行转子配重使转子达到动平衡。水机工程师采用三点试加重平衡法,通过开机配重试验和计算,最终在确定配重块质量39kg,将配重块在第3试重点偏第1试重点12°方向固定焊接在转子上,开机测量机组的振动值最大振动值为0.033mm,机组振动问题初步解决,振动满足规范要求,详见表2。表2 转子配重前后及试重时的各测点振动值记录表mm313 电磁不平衡因素通过转子配重后,机组空转振动值符合规范要求,工程参建各方按启动试运行规范要求继续各项试验,机组空转瓦温正常后继续进行机组起励零升试验,使用他励磁方式对机组加励磁。利用施工现场直流硅整流电焊机对机组转子加
8、励磁,此时机组水机自动保护已投入,为防止升压过程中由于水机保护引起灭磁开关跳闸,
