越南宝路水电站2号机组振动故障的处理

韦兰庭

【摘 要】水轮发电机组的异常振动对设备稳定运行构成严重威胁，如不能及时处理，将会使得故障扩大，造成严重后果。本文就日常运行观测的机组振动数据进行分析，针对推力头与镜板之间绝缘垫腐蚀损坏提出垫金属箔的应急处理方案，对设备不能长时间停机检修提供一个应急参考方案。

【关键词】水轮发电机组振动；推力头与镜板；绝缘垫腐蚀

1.电站的概况及主要相关参数

2.故障现象

水轮发电机组振动的振源比较复杂，有水力-机械-电气等因素。因设计与制造，安装，检修及运行等原因，水轮发电机组在运转中的振动是一种普遍现象，不可能完全避免和消除，机组的一般振动不会造成危害，但振动严重超过了允许值，尤其是长期的周期振动及发生共振，会对机组的使用寿命及电站的安全经济运行带来严重的危害。

从以上数据的对比，不能发现，机组在出现振动异常后的1个多月时间内，发电机上导轴承的振幅明显增大，尤其是上导轴承的轴向振幅变化，水导轴承的振幅变化小；而且，机组的振动幅值在不同工况下比较相近，因此，可以初步判断，引起机组振动的原因是机械方面的因素，故障的可能位置在发电机部分，是部件，联接件或支撑的松动引起的。

目前，越南的电力架构主要还是以水电为主，但受季节影响，电力供应在旱季短缺较严重。当前，正值越南旱季，因此，发电站须尽可能确保电力供应，这就要求发电设备完好，即使检修，也要尽量缩短工期。

3.应急处理

从停机后的检查项目结果，并一道分析振动测量的数据，轴向的振动幅值增大很明显，那么推力轴承将是检查的重点。

进一步检查发电机推力轴承，发现推力头与镜板的联接螺栓松动，联接螺栓垫圈下的绝缘垫和绝缘套筒损坏并掉到油槽里。因停机时间的限制，要求尽快修复并投入运行，检修人员重新更换了联接螺栓垫圈下的绝缘垫和绝缘套筒后，恢复上导轴承，并开机试运行后，检测的机组振动参数如下：

不难看出，机组的振动幅值并没有降下来，因此，简单的认为推力头与镜板的联接螺栓松动是机组长期运行或安装时没拧紧造成的，这样的想法是错误的，而真正的原因并没找到。因机组须完成发电量，只好先投入发电运行。但接下来，机组振动又趋增大，在2012年5月3日，检修人员检查了推力头与镜板的联接螺栓，发现螺栓又松动，上紧螺栓后，恢复设备，投入运行。并做跟踪监测，以下是机组运行过程中的振动检测值：

处理了推力头与镜板的联接螺栓后，机组振动有所下降，但振幅还是较大，随着运行时间的延长，机组振动幅值又增大，而且增大趋势很快，估计联接螺栓已经松动。此时，越南南方已进入雨季，设备具备停机检修的条件，因此，必须对推力轴承做扩大性检查。

4.扩大性检查及处理

2012年7月，停机检查了推力轴承，瓦块和瓦面良好，瓦块托盘没有裂纹和变形，承重螺栓没有变形，锁母没有松动。推力头与镜板联接螺栓有松动，推力头与镜板之间的绝缘垫严重腐蚀，如图1所示。

经过一年半的运行，绝缘垫被严重腐蚀，因而机组轴线改变，造成机组振动。随着运行时间的推移，机组的振动将使推力头和镜板的联接螺栓松动，引起机组更剧烈的振动。这才是机组振动的根本原因。

在推力头和镜板之间的绝缘垫是2mm厚的环氧玻璃布层压板，目前，国内普遍采用磨削绝缘垫的办法来调整机组轴线。绝缘垫表面磨削不平整，推力头或镜板之间绝缘垫的接触面不密实，特别是存在局部凹凸区，机组在运转过程中，镜板、推力头极其联接螺栓都会存在弹性变形，因在推力头和镜板及绝缘垫之间存在缝隙或空腔，那么，在弹性变形的作用下，润滑油在缝隙和空腔处产生流动，对绝缘垫产生汽蚀腐蚀，其机理与水介质的汽蚀机理是一样的，而且，油中空气的溶解度比水还要大，对汽蚀的破坏不容小觑。随着运行时间的延长，绝缘垫腐蚀量的增大，造成联接螺栓的松动，使得推力头与镜板之间产生微小相对位移，也会使他们之间的油液不断被挤压或吸吮，加剧了绝缘垫的汽蚀。磨削绝缘垫的平面度越差，局部凹凸区越多，造成推力头或镜板与绝缘垫接触面越小，在绝缘垫被腐蚀后，这种松动现象愈发严重。机组运行的油温增高，也会加剧局部空腔区域的油液的挤压和吸吮。而绝缘垫本身是层叠压结构，在轴线调整时，磨掉了表面组织细密层，也是容易造成汽蚀破坏的因素之一。

因受检修时间的限制，提出以下处理方案，以作应急处理：根据安装的原纪录，绝缘垫机组轴线调整时，在一个方向上，两端的厚度差为0.02mm。更换了新的绝缘垫，用市面上购买到的日本产成品合金钢箔，厚度分别为0.01mm，0.02mm，0.03mm，0.04mm及0.05mm，宽度为100mm，根据需要，选择合理的厚度的金属箔，先将绝缘垫四周垫平，使得推力头与镜板之间的间隙一致，然后，将其中一边垫厚0.02mm即可。

经过以上工艺的处理，恢复设备，机组经盘车后，满足《水轮发电机组安装技术规范》的要求。充水试机，机组启动运行，机组振动指标正常。具体参数如下：

从2012年7月检修处理后投入运行，到2013年8月，机组运行都一直平稳。在2013年9月，运行人员发现机组振动幅值有所增加，而且增加的趋势较大。检修人员于2013年10月1日拆开上导轴承，发现推力头与镜板的联接螺栓有几颗松动，有一颗断裂，分析是2012年7月检修时螺栓扭矩过大或疲劳导致。绝缘垫及金属箔的照片如图2所示。

从照片中可看出，推力头与镜板之间的绝缘垫及金属箔相对完好，这也说明，绝缘垫磨损的主要原因是绝缘垫表面存在凹凸区，推力头和镜板之间的松动或联接螺栓的弹性变形，使得润滑油在绝缘板面上的压力脉动，造成汽蚀腐蚀，同时，绝缘垫的原密实质地的表面，对延缓腐蚀也起到一定的阻碍和延缓作用。

将原绝缘垫装回，根据原始记录更换新的金属箔，回装恢复推力及上导轴承。开机试运行，所测得机组振动值恢复正常。整个检修时间持续16个小时，大大缩短了检修工期。

5.结束语

我国目前还没有专门水轮机振动的专门标准，一般只规定水轮发电机组轴系的振动双幅值与机组转速的关系，而不是按振动的频率来规定允许振动的幅值，况且，对于中小型机组而言，其轴承本身轴颈较小，轴瓦间隙不大，所测得的振幅可能还没超过规定值，但已经严重影响到机组的稳定运行。对中小型机组，一般都不安装在线监测装置进行实时监控机组的振动值，因此，日常运行注意观测机组转动部分摆度，如发现有异常，应测量上导和水导轴承的振幅，速度和加速度，根据振动的强度和冲击力度，以及振动发展的趋势，判断可能出现的问题所在，采取相应的处理措施，以免故障扩大。因设备停机时间的限制，对单一因素引起的机组振动，根据安装原始数据，采用在推力头与镜板之间加金属箔垫的应急方案，可以解决机组在较长时间内稳定运行，为设备有计划的检修提供可行的实践基础。 [科]