立式水轮发电机组突发振动的分析及处理

陈晓明，张 华

(国电恩施水电开发有限公司，湖北 恩施 445000)

水轮发电机组经过一段长周期正常运行后，突发振动，是水电站经常会遇到的一种机组非正常运行现象。对机组突发振动的分析，一般要结合机组上次检修以来，机组运行工况的变化，从水力、电气、机械等多方面进行综合分析[1]，从而确定处理方向，找准故障原因，针对性开展检修，缩小检修范围，以便及时恢复。2021年8月，某水电站运行过程中，机组振动突然增大，经过分析处理，确定了故障原因，很快恢复正常运行。

1 问题提出

某水电站装机2台30 MW悬吊式水轮发电机组，主要参数如表1。

1号机组于2008年投运，2011年、2019年两次A级检修，2021年8月下旬，机组运行过程中振动突然增大，现场检测上机架振动数据远超规范值，后迅速停机。振动数据见表2。

2 检查分析

2.1 现场检查

现场外观检查，发现推力油槽油色相对2号机组变深，其余下导、水导外观及油色未见异常，监控系统各部瓦温无明显升高。根据各部位振动数据分析，故障主要在推力轴承部位，推力轴承结构如图1，推力瓦共8块。确定拆除上端盖、上导瓦架及推力油槽冷却器等，检查推力瓦、托盘及抗磨片等情况。

表1 水轮发电机组主要参数

表2 机组振动测量值 0.01 mm

图1 推力轴承结构图

经检查，推力瓦、托盘及抗磨片均无异常，发现两块推力瓦内侧限位块焊缝开裂，取出后发现限位块顶部有明显磨损痕迹。初步分析，振动可能是由于内侧限位块顶托推力瓦，导致水平发生变化引起振动，但引起油色变深的原因还不明确。为进一步查找原因，继续拆除推力头与镜板连接螺栓，检查推力头与镜板之间绝缘垫片，发现绝缘垫片部分区域有明显碳化腐蚀现象，其中6点方向已有局部蚀穿，5、7两点方向也有较大面积碳化腐蚀(见图2)。厚度测量，原绝缘垫厚度一般在2 mm左右，该绝缘垫片最厚区域约1.5 mm。拆除过程中，推力头与镜板8只M30连接螺栓，通过弹簧垫圈止动，检查螺栓无异常，但发现拆除时对应的5、6、7点方向，螺栓紧度较其他5只略松。检查推力头底面、镜板背面无明显腐蚀。

图2 绝缘垫片腐蚀示意图

2.2 问题分析

中小型立式水轮发电机组，推力头和镜板之间绝缘垫片，主要作用为：一是避免在推力轴承座与转动部件之间形成轴电流回路；二是在机组盘车过程中，通过研刮绝缘垫片厚度，调整机组轴线，控制机组各部摆度在规范内。

综合分析，针对本次绝缘垫片形成的腐蚀现象，有两种情况可能导致该现象发生。

1)电腐蚀引发。机组转动部分对地轴电流，通过绝缘垫片绝缘薄弱处形成回路，从而发生电腐蚀。因该机组推力瓦采用氟塑瓦，瓦面本身就是绝缘材料，且从现场检查，推力瓦完好无损，不能形成电流回路，该因素可以排除。

2)局部间隙引发。绝缘垫片与推力头、镜板之间可能存在局部间隙，该局部间隙分开时，润滑油进入，局部间隙压缩时，润滑油被挤出。机组运行过程中，该局部间隙旋转到推力瓦上方时，就可能受到挤压，旋转到两块推力瓦之间时，间隙就可能分开，也就是说，机组每转动一圈，可能会形成8次挤压、8次分开，该机组转速为428.6 r/min，每分钟该间隙分合次数会非常频繁，因分合转换非常快，油的进出转换也会非常快，且流速很高，甚至会形成局部高压高温，导致绝缘垫片碳化，加之油在快速进出及机组内部油路循环中，还会产生气泡，气泡也会对绝缘垫片形成腐蚀，最终导致间隙区域绝缘垫片不断碳化腐蚀，面积不断扩大，油色逐步变深。该机组上次A修为2019年，经过2年时间运行，绝缘垫片腐蚀区域接触点不断被腐蚀减薄，最终从量变到质变，机组摆度突然异常增大，导致本次振动发生。

2.3 局部间隙产生的原因

分析本次事件，属绝缘垫片与推力头、镜板之间存在局部间隙导致，该间隙如何产生，可从设备制造和安装两方面分析。

1)设备制造原因。从图1推力轴承结构图可以看出，要保证推力头、绝缘垫片、镜板之间接触良好，制造阶段必须严格控制推力头底面、镜板背面平面度[2]。该机组投运于2008年，至2019年第二次A修之前，机组运行均正常，若属加工制造方面问题，机组投运后2～3年就可能暴露出来，且2019年A修以及本次检修，镜板背面、推力头底面均未发现异常腐蚀现象，本次振动可以排除设备制造方面原因。

2)设备安装原因。中小型水轮发电机组检修过程中，绝缘垫片用于机组轴线调整。通过机组盘车，测量出下导、水导等处摆度值，通过摆度计算，找出轴线最大偏差方向，计算出绝缘垫片最大刮削厚度，在绝缘垫片上均匀划分刮削区域，通过人工刮削调整，要求从最大刮削区域至最小刮削区域，应均匀刮削出楔形，且要求每个区域均匀分布接触点[3]。该项工序要求较高，且需要有较为丰富经验的人员来完成。同时，中小水电站一般未配置工业平板，刮削后的绝缘垫片，难以现场检测绝缘垫片接触点情况，导致某个区域可能存在的无接触点现象，从而导致安装后可能存在局部间隙。

3 现场处理

因正值汛期，为减少电站弃水，确定不拔推力头，排除推力头及镜板加工质量影响因素，缩小检修范围，适当降低两只已脱落内侧限位块高度并焊接牢固，更换绝缘垫片，详细检查上导、下导、水导三部轴承及支承结构，重新盘车调整轴线。通过半个月检修，机组恢复运行，经不同工况及甩负荷试验，机组各项数据正常[4]。

4 结 语

盘车是水轮发电机组安装检修过程中的一项重要工序，中小型水轮发电机组轴线调整，大多都是通过刮削绝缘垫片完成，因很多中小水电站未配备工业平板，如何检验刮削后的绝缘垫片接触点是否满足要求，是需要面对的问题。正常检修程序为，机组盘车完毕、轴线处理合格后，在做好镜板水平及水导摆度监视前提下，调整推力瓦受力，使每块推力瓦受力基本一致，在推力瓦受力调整合格后，将机组转动部分调整至中心，固定好转动部分后，进行机组整体回装[5]。

结合本次突发振动的原因分析，在本次检修中，为检查新绝缘垫片是否存在过大局部间隙，在推力瓦受力调整合格后、机组转动部分调整至中心前，再次复核机组水平数据，并和推力瓦调整受力之前水平数据进行比对，若存在水平数据偏差过大情况，即可确定某个方向可能存在局部间隙。因为推力头、绝缘垫、镜板之间若存在局部间隙，推力瓦在逐步受力过程中，虽然监视的水平数据以及水导摆度无变化，但局部间隙对应下面的推力瓦支柱螺栓升高值会与其他支柱螺栓不一致，最终可能导致推力瓦受力后机组水平发生偏差。因此，在推力瓦受力调整合格、机组转动部分调整至中心前，再次复核机组水平很有必要，且通过和推力瓦受力之前机组水平数据仔细比对分析，可找出存在局部间隙的方位，及时进行处理。