潘立平

(云南电力技术有限责任公司，昆明 650217)

1 前言

某水电厂装机容量3×95 MW，从运行情况来看，该机组一直存在定子机座及上机架水平振动较大、上导摆度超标、空载及低负荷区运行时水导摆度偏大等问题。机组水轮机型号为HLA551－LJ－460，发电机型号 SF95－44∕9200，额定水头54 m，额定转速136.4 r/min。机组结构型式为立轴半伞式，上导轴承位于转子上方上机架中心体内，推力轴承位于转子下方的下机架上部，下导轴承位于下机架中心体内，水导轴承位于水轮机顶盖上方。各导轴承均采用分块式巴氏合金瓦，推力轴承则采用分块式弹性金属塑料瓦、弹性油箱支撑的自调均载结构。上机架为井字梁结构，由中心体和四个支臂焊接而成，中心体兼做导轴承油槽;下机架为承重机架，由中心体和六个支臂组焊接合成一体。发电机转子支架为圆盘式斜筋焊接结构，定子机座分四瓣，组焊成整圆，通过支墩安放在基础板上，基础板与支墩之间设径向销，并用螺栓连接。

2 振摆测试与分析

2.1 机组振摆测试

首先根据机组的结构特点和稳定性状况，有针对性的布置测点，然后机组手动开机，逐步增加转速至60%Nr、80%Nr及100%Nr，记录对应转速下的振动摆度波形，机组空转运行稳定后，发电机加励磁至空载状态.

2.2 振摆特征分析

1)从机组变转速试验来看，上导、下导、水导摆度以及上机架水平振动、水导水平振动随转速上升有较明显的增加。空转运行时，上机架中心体和水导+X向水平振动分别达到了73 μm和57 μm，振动接近规程限值。从振动相位来看，上机架水平振动相位稳定 (约310°)，振动频率主要是转频 (2.27 Hz)，基本可以判断发电机转子上端面存在一定的质量不平衡，引起上机架水平振动和上导摆度偏大。

2)空转工况下，上导、下导和水导+X向摆度值分别为 258 μm、181 μm、380 μm。依据规程要求，机组运行摆度 (双幅值)应不大于75%的轴承总间隙，而2号机组检修后上导、下导及水导轴瓦双边间隙调整后约为340 μm、300 μm、400 μm，由此可见，机组下导摆度正常，上导摆度和水导摆度值均超标，其中上导摆度超标与转子上端面质量不平衡有关，可以通过配重的方式进行处理。

3)从运行记录来看，2号机组检修前在空载及中低负荷区运行时水导摆度偏大。此次检修对机组轴线进行了调整，盘车数据正常，但机组空载运行时，水导摆度偏大的情况依然存在。从机组带负荷运行，在线监测系统数据来看，高负荷区各部振摆均有所减小，其中满负荷时水导X向摆度272 μm，Y向摆度202 μm，相对于空载工况，水导摆度有明显减小。水导摆度偏大与水力不平衡有关，机组在中低负荷及空载运行时，水轮机偏离最优工况，转轮流态不稳定，蜗壳及尾水压力脉动对水导摆度的影响比较大。参考电厂其他机组 (1号机组)分水头下稳定性试验报告，70 MW以下基本上是机组的振动区。

4)发电机加励磁后对机组各导摆度及上、下机架影响较小，其中下机架水平振动基本不变，上机架水平振动增加了10 μm左右，但发电机定子机座水平方向振动由10 μm增加到了50 μm，振动值超标，且振动频率主要是2.27 Hz转频、4.54 Hz二倍频以及6.81 Hz三倍频。发电机灭磁后，机组由空载回到空转状态，定子机座水平振动马上恢复到10 μm左右。显然，发电机存在磁拉力不平衡现象。

5)磁拉力不平衡是导致定子机座水平振动超标的主要原因，磁拉力不平衡一般与定转子间空气间隙不均匀、转子磁极绕组匝间短路、磁极松动、定子机座刚性不足等因素有关。从检修情况来看，定转子圆度满足规范要求，发电机空气间隙正常，气隙平均值17.32 mm，最小值16.60 mm，最大值17.80 mm，满足规程要求。

3 故障处理

3.1 动平衡配重处理

通过上面的分析可知，该机组振摆异常与机械、电磁、水力三个方面都有关系。其中，机械方面的原因比较明显，发电机转子存在一定的质量不平衡，可以通过动平衡配重处理，减小上机架水平振动和上导摆度值。根据上机架水平振动波形高点与键相脉冲信号的关系，计算出振动相位，同时根据试加重公式计算出试加重量，然后在发电机转子上端面沿键相位置逆时针旋转约310o处加配重块。

经过配重处理后，上导和下导摆度均有所减小，其中上导摆度减小了约100 μm，上机架中心体水平振动值减小了约40 μm，且振动相位基本未改变。机组上导、下导摆度情况良好，上、下机架振动能满足规程要求。从转子动平衡效果来看，配重后对水导摆度和水导振动影响很小，同时加励磁后发电机磁拉力不平衡现象依然存在，空载运行时定子机座水平振动相对于配重前基本不变。

3.2 定子机座水平振动超标处理

机组定子机座水平振动有所超标，发电机存在磁拉力不平衡，且无法通过转子配重的方式进行处理。这需要进一步对发电机转子进行交流阻抗和功率损耗测试，详细测量转子绕组总的阻抗值以及各个磁极的交流阻抗值，并与原始数据进行对比，同时横向比较各磁极之间的实测值偏差，判断有无匝间短路等磁极缺陷，并进行相应处理。

3.3 运行建议

机组在空载及中低负荷运行时，水力因素对水导摆度的影响比较明显，满负荷时水导摆度相对于空载时大幅减小。水导摆度随负荷的增加，其变化规律符合混流式水轮机组的一般特点。由于中低负荷时的水导摆度值位于不宜长期运行的C区，应尽量避免机组在振动区运行。

4 结束语

水轮发电机组的振动和摆度影响机组的长期安全稳定运行，是电厂重要的控制指标，相关规程也有明确要求。振摆问题涉及到机械、电气、水力三个方面的因素，实际情况往往比较复杂，在实际故障诊断过程中，常采用机组变转速、变励磁甚至变负荷的方法，全面测试机组关键位置的振摆波形，从中寻找和提取出有效特征信息，综合分析后逐一排查并确定故障原因，才能进行针对性处理。

［1］DL/T 507－2002.水轮发电机组启动试验规程 ［S］.2008.

［2］GB/T 11348.5－2002.在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动 ［S］.2002.

［3］GB/T 8564－2003.水轮发电机组安装技术规范［S］.2003.

［4］李延频，李明堂，任岩，等.水轮发电机组振动分析及处理 ［J］.水力发电，2008，34(6):67－69.

［5］沈东.水力机组故障分析［M］.北京:中国水利水电出版社，1996:39－59.