高坝洲水电站3号机组振动分析及处理

电力18讯：    摘  要：通过对高坝洲水电站3号机组振动摆度超标的原因分析，对转子圆度的处理，取得了一定经验。对现场检查手段及修订转子圆度验收标准提出了参考意见。


    高坝洲水电站是清江流域开发的最末一级，装有3台容量84 MW轴流转桨式水轮发电机组，机组额定水头32.5 m，最大水头40.0 m，极限最小水头16.0 m，设计定转子气隙21mm。3号机组在起动试运行做动平衡试验发现机组振动摆度严重超标，随后进行了一系列检查，认定主要原因是转子圆度超标所致。经吊出转子后处理，3号机运转正常。
1 3号机组振动情况及初步分析
    2000年4月14日，在低水头17 m情况下，机组首次动平衡试验，进行空转变转速试验，加励磁电压试验，对6个工况进行了测试，结果见表1（表中摆度值为转频分量）。
    测试情况表明：空转工况运行时，随转速上升，机组各部分振动摆度略有上升，虽均在规范范围内，但转频分量偏大；加励磁电压时，各测点振动频谱图上100 Hz振动较小，可排除极频振动，但随着励磁电压升高，机组各部振动摆度的转频分量成倍增长，推力轴承处最大摆度达2.2 mm，上机架径向振动达0.42 mm，严重超标。由测试数据分析，机组有轻度的机械不平衡，存在严重的磁拉力不平衡，（经计算单边磁拉力接近100 t）即由转频振动引起电磁振动。根据计算，转子加配重24 kg后，空转时机组各部振动和摆度明显下降，但加励磁后电磁振动仍然存在，故初步判断不平衡磁拉力是3号机振动摆度超标的主要原因。
    另外，机组运行时，上导瓦温高，曾出现温升快的情况，动平衡试验后，抽出上导瓦检查，发现在+Y、-Y各有1块瓦局部偏磨较严重。
2 振动原因检查及分析
    由高坝洲工程建设公司牵头，安装、监理、制造和运行单位参加，成立了3号机质量缺陷处理领导小组。对缺陷原因分析采取了逐步排除的方法。
    首先检查机组电气部分，对励磁回路、轴电压、磁极极性、磁极电路等检查均未发现异常；然后对定子及上下机架基础、转子磁极固定情况、弹性油箱受力、连轴螺栓拉伸值、上导瓦等进行了检查处理，回装后，经东电公司和省中试所分别进行了动平衡试验，测试结果一致表明：振动情况略有好转，但机组振动摆度仍严重超标。



    机组静止时测量定转子气隙，发现48个磁极部分测点气隙值与平均值比较超过±10%δ（δ为设计气隙）的规范要求，且气隙偏小与气隙偏大有一定连续性，即25～30号磁极均偏小，其对称方位4～10号磁极均偏大，这与动平衡试验所测定的方位基本一致，与上导瓦磨损方位也一致，依此判断机组加励磁运行时产生单边磁拉力。
    引起不平衡磁拉力的定子内腔与转子外圆之间的气隙不均匀，可能是由以下原因造成：①转子不圆，如有的磁极突出或凹陷；②定子内腔不圆，如某一块向内凹进；③定子内腔与转子外缘均为圆形，但定子和转子不同心；④转子各磁极电气参数相差太大或局部匝间短路。
    为进一步查找原因，又采用盘车测气隙法检查定子、转子圆度及气隙测量。
    定子圆度测量：下部48点全部合格，上部48点有少数测点值与平均值比较超过±5%δ的规范要求，但超标量较小，不致于引起剧烈的电磁振动。
    转子圆度测量：48个磁极有相当部分测点值与平均值比较超过±5%δ的规范要求，且具有连续性，实际相当于转子存在一定偏心，由此判断转子圆度超标是造成磁拉力不平衡、引起机组加励磁运行时振动摆度剧烈的根本原因。
3 转子圆度处理
    (1)精测定子、转子圆度。吊出转子后，用转子测圆架测定子圆度，检查主轴上法兰面水平，测定子圆度（上、中、下各测24点）。72个测点中，中部及下部全部合格，上部有5点不合格，最大超标仅0.30 mm，此测量结果与盘车测气隙法测定子圆度基本一致，可排除定子圆度是引起磁拉力的原因。将转子置于支墩上，用测圆架测量转子磁极圆度，共有23个磁极圆度超标，且超标磁极号分段连续与前述气隙的测量情况一致。
    (2)转子圆度校正标准。根据水口水电站转子偏心校正经验，高坝洲水电站3号机转子圆度处理提高了标准要求，即将圆度偏差允许范围从标准规定的±5%δ提高到±3%δ，以最大限度地消除不平衡磁拉力的影响。
    (3)圆度处理实施过程。转子圆度处理采用磨削磁轭与磁极加垫相结合的方法。转子磁极有几个凸点较严重，采用凹点加垫会导致空气间隙低于±10%δ的要求，且加垫过厚可能形成二次气隙。通过模拟计算确定调整方案：用手提式电动砂轮磨削7个磁极。26个磁极加垫，垫片分0.5、1.0、1.5、2.0 mm 4种，加垫磁极在其左、中、右各加一块条状垫片，挂磁极后点焊固定垫片。