二郎坝电站5#机组振动超标分析与处理措施

李长宁，毛青海，陈自强

(陕西博能水电设备管理有限责任公司，陕西 汉中 723000)

1 电站概况

二郎坝水力发电公司二郎坝电站总装机容量为3×2.5 MW，设计水头60.9 m，额定转速600 r/min，1999年初投产发电运行。机组型号:TF13-LJ-88，SF2500-10/2150，3 台机组编号为5#、6#、7#水轮发电机组，1999年12月电站投产运行发电。

2 项目主要内容介绍

二郎坝电站机组投产发电运行后，5#机组运行水平振动超标(水平振动值为115 μm，垂直 40 μm，依据 GB 8564—88《水轮发电机组安装技术规范》要求，额定转速＞375 rpm，＜750 rpm的立式机组的水平振动≤50 μm，垂直振动≤30 μm)。在此后的几年间，虽经安装单位、生产厂家多次对机组进行过检测和维修，但振动指标仍超出规范要求，为彻底消除这一安全隐患，电站对5#机组振动成因从多个方面分析查找，并采取有效施工步骤和方法，消除了机组振动超标隐患。

3 项目实施过程

3.1 5#机组的稳定性测试

试验设备采用多通道水轮发电机组测试采集分析仪，分别做了机组变转速、变励磁、变负荷等试验。

3.1.1 变转速试验

主要分析机械因素(动不平衡)对机组的影响。试验时发电机转子不加励磁，机组以不同转速运行稳定后，测量机组各部位的振动、大轴摆度。变转速试验数据见表1。

表1 变转速试验记录表

3.1.2 变励磁试验

机组以额定转速运行，调整励磁电流分别取发电机空载额定转速对应的励磁电流的0～100%，实测励磁电压的变化，每工况稳定运行5 min，测量机组各部的振动、大轴的摆度，主要分析电磁因素(磁不平衡)对机组的影响。变励磁试验数据见表2。

表2 变励磁试验记录

3.1.3 变负荷试验

机组从并网后空载运行开始，负荷每增次加0.5 MW，逐步增加至额定水头下最大负荷。每个工况下运行5 min，测试机组的各部振动和大轴摆度，此项试验主要是查明水力因素对机组稳定性的影响。变负荷试验数据见表3。

表3 变负荷试验记录表

3.2 试验数据分析

1)变转速试验数据表明:机组上机架振动幅值随转速变化明显，振动与机组的转速平方比例关系明显，机组转动部分存在机械不平衡问题。

2)变励磁试验数据表明:机组振动随励磁电流的增加而明显加大，且x，y方向的振动大小基本一致。机组加100%电压空转运行时，上机架水平 振动达120 μm，与机组100%转速空转工况相比，上机架水平振动增加了30～40 μm，但定子垂直振动一直较小，无明显变化，说明机组存在较大的磁拉力不平衡。

3)变负荷试验数据表明，机组振动、摆度随负荷的变化有微小的变化，因此初步判定机组不存在不平衡水推力，水力因素对机组稳定性影响较小。

3.3 针对振动的成因，制定处理措施

1)机组振动测试数据分析表明:动不平衡和磁不平衡是机组产生振动的主要原因，而机组不存在不平衡水推力，因此对于水轮机部分不必再做检查处理。

2)针对动不平衡问题，采取的措施是:对机组进行动平衡试验，通过配重，纠正发电机转动部分重心偏移问题，减小机组振动和大轴摆度，从而改善机组动平衡，提高机组运行稳定性。

3.4 转子匝间短路的处理

3.4.1 转子线圈交流阻抗试验——匝间短路线圈的查找

采用PS180保护校验仪、万用表、钳形电流表，采用校验仪的恒流源给转子各磁极加额定电流5 A，测试各磁极稳定的端电压，计算、对比、分析转子各磁极线圈交流阻抗值。

3.4.2 交流阻抗试验数据分析判断

转子交流阻抗测试表明:1#磁极线圈交流阻抗与其余9个磁极线圈中最大阻抗磁极相差19.5%(同匝数磁极阻抗相差≤5%)，因此判断1#磁极存在稳定性的匝间短路，同时发现线圈结构设计不合理，转子绕组只用云母制成的衬垫作匝间绝缘，端部铜线的侧面裸露着。

3.4.3 处理措施

1)对1#磁极应用电流法查找短路部位并进行处理。

2)对线圈设计结构不合理，采用加强绝缘的处理措施。磁极匝间绝缘处理，1#磁极短路线圈用聚酰亚胺薄膜隔离，加热线圈灌注1 361绝缘漆，最后热压成形。对全部磁极用0.3 mm玻璃布包裹，进行加强绝缘处理。

3)磁极复装，用行车吊起磁极，用0.2 MPa压缩空气清扫磁极落入T型槽时，防止磁极接头碰环。用1 000 V摇表测绝缘电阻应≥5 MΩ，最后打紧磁极键。

4)磁极挂装及转子圆度、标高测量调整环节严格控制在规范之内。转子圆度:测量部位应有上、下2个部位，各半径与平均半径之差，不应大于设计空气间隙值的±5%。磁极标高偏差≤±1.0 mm。

3.5 动不平衡的处理

转子及机组其它各部件回装完毕后，进入机组机械振动处理阶段，即通过配重改善机组动平衡性能。机组经多次配重试验后，最终在转子上部两个相邻的风扇上配重1.25 kg，转子下端面配1.4 kg，机组的动不平衡基本得以消除。

3.6 5#机组检修结束后动态试验及试运行

5#机检修结束后，对机组稳定性工况进行了测试，在72 h试运行期间，机组摆度、振动、轴承温度等主要技术指标符合规范。试验数据见表4。

表4 大修前后主要运行技术指标 /μm

4 结语

本文详细介绍了二郎坝电站5#机组振动超标重大隐患问题的检修处理经过，检修后机组各项运行指标均符合国家规范要求，运行稳定，检修效果明显，达到了预期的检修目标。

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