富山一级电站2号机组振动与串动的分析及处理

2018-04-18李东进

小水电 2018年2期

李东进，干　超

(1．台州市黄岩区富山电站管理局,浙江■台州■318023；2.水利部农村电气化研究所，浙江■杭州■310012；3.水利部农村水电工程技术研究中心，浙江■杭州■310012)

1　电站概况

富山一级电站位于浙江省台州市黄岩区宁溪镇方家岙村，属跨流域引水式高水头电站。全站共装有2台冲击式卧式水轮发电机组，容量为2×8 000 kW，最高水头为485 m，设计水头为440 m。

机组水轮机型号CJA237—W—143/2×12.5，发电机型号SFW8000—10/2150，转速为600 r/min，布置型式为二支点。电站年设计发电量3 280万kW·h，以调峰为主。水库正常蓄水位为582 m，相应库容为792 m3。

电站于1998年10月建成投产发电。因原水轮机转轮较易发生空蚀，2002年更换成不锈钢整体铸造转轮。

2　电站机组故障现象

2014年5月，运行人员在巡检机组时发现2号机组前轴承座瓦盖螺栓有松动现象，经技术人员现场检查，未发现运行中的机组有异常现象，就把前轴承座瓦盖螺栓拧紧，要求运行人员加强关注。晚上机组停机，运行人员发现机组有串动现象，声音有点异常。

次日，2号机组开机前，技术人员与运行人员对其进行了全面检查，未发现异常现象。但在开机空转过程中，发现机组来回串动，幅度较大，目测约有5 mm，且机组伴有轻微异常声音(见表1)。

表1　2号机组水轮机前导轴承振动值

由表1测得的数据可知：水轮机前导轴承在空转和空载的时候，水平和垂直振动最大，其中垂直振动达到了0.45 mm，而且空转时有轴向串动，串动幅度达到了4 mm；但是在空载时，轴向振动消失了。机组带上负荷并逐渐增加，机组的振动值逐渐减小，并减小到正常范围，一直到满负荷8 000 kW时机组均未有异常，也不发生串动现象。

机组逐渐减少负荷，到2 000 kW时发现机组振动加大；到解列时，机组振动较大，振动幅度与并网前相差不大。去掉励磁后，机组来回串动，幅度4 mm，振动情况与并网前空转相同。

3　机组振动原因分析及处理

水轮发电机组振动的原因很复杂，主要有水力、机械、电气等三个方面的原因。冲击式水轮机水力振动是由于转轮空蚀、射流不正或不均、尾水位过高等；机械振动是由于机械部分力不平衡引起的振动，如转动部分重量不平衡、轴线偏差、摆度过大；电气振动是由于电气方面原因造成发电机磁场不平衡而引起的振动，如发电机三相不对称运行或发电机发生短路过障等。

水轮发电机组振动虽不可避免但若能将振动限制在允许的范围内，就能确保机组的安全正常运行；否则，振动会使机组部分连接紧固件松动、断裂，使各转动部件和静止部件之间产生摩擦甚至扫膛而损坏；引起机组零部件或焊缝的疲劳，形成并扩大裂缝甚至断裂；加速机组转动部分磨损，轴瓦温度升高、烧毁。水轮机共振引起的后果更严重，如机组设备振动与厂房共振可使整个设备与厂房遭到破坏。

针对2号机组发生的振动现象，根据表1中的检测数据，原因分析如下：

当机组带3 000 kW以上负荷时，机组振动在许可范围内，且励磁电流大小与振幅无关，排除电气原因。

当时尾水水位不高，补气畅通，且机组满负荷运行时无异常，若射流方向与转轮面不平行，则机组所带负荷越多，振动会越厉害，因此也排除水力原因。

经过综合分析，主要有以下几个方面因素造成上述振动现象：一是与主轴和转轮螺栓连接紧密有关，在历年的检修过程中均发现2号水轮机主轴端部铁板与螺栓焊接的焊缝每年都有裂缝，说明转轮与主轴有相对滑动。查阅2002年转轮安装时的资料发现，当时转轮与主轴间隙有0.15 mm，转轮孔径偏大，且自转轮更换以来，多次更换联接键。现场检测发现主轴与转轮间隙发展到最大处有0.30 mm。二是与机组运行工况有关，在开机空转与带少量负荷时，转轮、主轴、键三者之间摩擦力小于转轮重力，在旋转过程中会产生相对移动，到负荷加大时，水力作用在转轮上，摩擦力变大，转轮与主轴之间无相对运动，故带较大负荷时机组能正常运行。三是与电站运行方式有关，富山一级电站95%以上运行时间是峰电运行，开停机频繁，转轮与主轴之间磨擦次数较多，间隙逐渐变大。

通过与厂家沟通，厂方派技术人员到现场查看后与本单位技术人员协商，确定解决方案如下：由于当时水库水位较高，且在台汛期间，先对其作临时处理，即在转轮与轴四周之间间隙加垫铜片，待到枯水期运转轮到厂家处理。