江西洪屏抽水蓄能电站1号机组振动分析与处理

唐拥军，周喜军

(国网新源控股有限公司技术中心，北京100161)



江西洪屏抽水蓄能电站1号机组振动分析与处理

唐拥军，周喜军

(国网新源控股有限公司技术中心，北京100161)

洪屏抽水蓄能电站1号机组在启动调试初期出现了机组振动过大和轴承瓦温过高的现象，为此开展了轴瓦间隙调整和动平衡配重工作。在轴瓦间隙调整后，上、下导轴承瓦温得到改善；在动平衡配重后，机组振动与主轴摆度变得较小。

1号机组；振动；主轴；动平衡；瓦温；洪屏抽水蓄能电站

1 工程概况

江西洪屏抽水蓄能电站位于江西省靖安县境内，电站装机容量1 200 MW，为周调节纯抽水蓄能电站。担负江西电网和华中电网的调峰、填谷、调频、调相、事故备用等运行方式。设计年发电量17.43 亿kW·h，年发电利用小时数1 453 h。电站共安装4台单机容量300 MW的混流可逆式水泵水轮机-发电电动机组，水泵水轮机采用上拆方式，发电电动机为悬式机组。电站装设一套变频启动装置(SFC)作为水泵工况的主启动装置，背靠背作为电站备用启动方式。

电站1号机组于2016年3月进入整组启动调试，整组调试第一次开机启动时发现机组存在振动过大，瓦温过高的现象。于是后续对机组开展了动平衡配重和轴瓦间隙调整等处理工作。本文就1号机组的振动分析与调试期间开展的相关处理工作进行介绍。机组基本参数见表1、2。

表1 水泵水轮机基本参数

型式额定出力/MW额定水头/m额定流量/m3·s-1额定转速/r·min-1净水头/m水泵工况扬程/m最大最小最大最小吸出高度/m混流可逆式30654062.5500564520577539-70

表2 发电电动机基本参数

型式水轮机工况额定容量/MV·A电动工况额定容量/MW额定调压范围发电/水泵工况加权平均效率/%立式可逆式同步电机333.332518%±5%98.7/98.94

2 振动测试与分析

2.1 动不平衡分析

1号机组利用蓄水初期上库少量水量进行了水轮机方向转动，来检查机组转动碰磨和振动摆度情况。水轮机方向机组缓慢升速过程，机组振动与主轴摆度幅值变化趋势如图1所示。主轴摆度与机组振动先随着转速的上升而明显增大，机组转速升至65%nr运行几分钟后，上导与下导摆度幅值出现了明显地下降，然后再随着转速地上升而增大，转速升至86%nr时，上导、下导与水导摆度幅值分别为110、104、67 um，上机架水平振动幅值为173 um，上机架垂直振动幅值为91 um。机组运行40多分钟，上导与下导出现瓦温过高现象，为防止烧瓦机组停机。

机组转速快，主轴与轴瓦间油膜摩擦的线速度大，导致瓦温迅速升高，瓦温升高后，发生热膨胀现象，使得轴瓦间隙变小，从而出现上导与下导摆度幅值减小。根据上述结果，可以判定机组转动部件明显存在不平衡质量，另外，上导与下导轴瓦间隙偏小，需进行轴瓦间隙调整与动平衡配重工作。

第一次开机最高转速为86%nr，未到100%nr转速，因此，停机后暂时只对轴瓦间隙进行放大调整，未进行动平衡配重，处理后进行了第二次开机，此次最高转速升至了95%nr，95%nr时上导、下导与水导摆度幅值分别为348、325 um及108 um，上下机架水平振动幅值分别为283 um和74 um。可见机组振动明显过大，不过瓦温上升情况比上次得到好转。

2.2 动平衡配重方法[1]

由测试结果可知，转动部件存在不平衡质量，需进行动平衡配重，动平衡配重采用幅相影响系数法，原理如下：配重前测得初始振动矢量A0，然后停机加上试加质量P，再次开机后测得由P和不平衡质量的合成质量引起的振动矢量为A01，则试加质量P引起的振动为

A1=A01-A0

(1)

由此可得出幅相影响系数为

K=A1/P=(A01-A0)/P

(2)

根据A0即可计算出应配质量

M=-A0/K

(3)

续配质量

MC=-A1/K

(4)

图1 机组升速过程主轴摆度与上机架水平振动幅值变化趋势

2.3 动平衡配重处理

水轮机方向空转结束后，进行了一次配重，因磁极引线对面没有预配重，于是在磁极引线的对面进行了一次配重，配重方案见表3，各配重方案后的振动摆度幅值统计见表4。配重后水泵方向启动，利用SFC(静止变频装置)拖动机组至100%nr。此时机组振动仍然很大，其中热态下上导摆度、下导摆度与上机架水平振动幅值分别为298、219、 204 um，还需进行配重处理。

考虑到磁极引线合成质量约为170 kg，另外机组为悬式机组，在转子下部配重对减小下导摆度有好处，于是后来将配重方案修改为4号主力筋上部30 kg，5号主力筋上部142 kg，下部10 kg。此次配重后水泵方向SCP工况，上机架水平振动幅值冷态为25 um，热态为27 um，上机架垂直振动幅值冷态为21 um，热态为36 um，下机架水平振动幅值冷态为27 um，热态为24 um，下机架垂直振动幅值冷态为6 um，热态为8 um，机组振动已较小。另外，上下机架水平振动幅值冷热态变化不大，上机架垂直振动热态比冷态略大；不过，上导摆度冷态幅值为159 um，热态幅值为275 um，下导摆度冷态幅值为338 um，热态幅值为182 um，可见上导与下导摆度幅值还偏大，且冷热态幅值变化较大。针对机组振动与主轴摆度在冷态与热态下的幅值不一致，分析原因如下：①机组转速高，轴瓦受热量大，发生热膨胀现象，导致轴瓦间隙缩小；②轴承座、上下机架、大轴受热后，其刚度发生不一致性的微小变化；③发电机转子可能发生不一致性的热变形，导致重心发生微小改变。

由于主轴摆度还偏大，需进一步优化配重方案，为此对多种工况下的不平衡质量相位进行了分析，结果见表5。因水导摆度小，在配重分析中未考虑。结果发现各工况下的不平衡质量相位不完全相同，最后选定300 MW热态下的不平衡质量相位(见图2)作为配重基准，上次配重方案中，转子下部配重较轻，下导摆度下降不多，此外，上导摆度也减小不多，于是增加转子下部质量，并改变配重方位，后来将配重方案修改为4号主力筋上部115 kg，5号主力筋上部80 kg，6号主力筋下部90 kg。此次配重后，发电方向300 MW热态下，上导摆度与下导摆度幅值分别为89 um和156 um。发电调相热态下，上导摆度与下导摆度幅值分别为111 um和162 um，此外，机组振动也较小。可见此次配重后很好地解决了不平衡质量引发的机组振动问题。

表3 配重方案

方案配重及工况一4号主力筋上部30kg;5号主力筋上部30kg;SFC拖动100%nr二4号主力筋上部30kg;5号主力筋上部142kg;5号主力筋下部10kg(抽水调相工况)三4号主力筋上部115kg;5号主力筋上部80kg;6号主力筋下部90kg(发电工况)

表4 配重后机组振动摆度统计

方案一方案二方案三冷态热态冷态热态300MW热态发电调相热态上导+X53829815927589111下导+X402219338182156162水导+X806381494851上机架水平26320425273840上机架垂直281921362818下机架水平614827242121下机架垂直13106866

表5 不平衡质量相位统计 (°)

注：不平衡质量相位为键相块起始逆时针角度。

图2 不平衡质量相位

3 结 论

(1)机组振动(尤其上机架水平振动)随着转速的上升明显增大，转动部件明显存在不平衡质量。

(2) 发电机转子上部的磁极引线会造成转子质量不平衡，若转子叠片时没有考虑磁极引线造成的不平衡质量，则动平衡配重的方位一般在磁极引线的对面。

(3)机组振动与主轴摆度在冷热态下的幅值不一致，可能与机组结构部件发生热变形及刚度改变有关。

(4)利用幅相影响系数法，很好地解决了转动部件不平衡质量引发的机组振动过大问题。

(5)本机组振动测试分析与处理可以为别的电站碰到类似问题时提供技术参考。

[1]唐拥军， 潘罗平， 李立罡. 幅相影响系数法在旋转机械动平衡中的应用[C]∥ 水电设备的研究与实践——第十七次中国水电设备学术讨论会论文集， 2009．

[2]张梦禾， 陈喜阳， 张润时. 三峡左岸6号机组振动分析及量化征兆提取策略[J]. 水力发电， 2012， 38(4)： 24- 27．

[3]裴大雄， 赵正洪. 高坝洲水电站3号机组振动分析及处理[J]. 水力发电， 2002(3)： 61- 62．

[4]徐擎天， 陈垣熙， 孙建平， 等. 万安水电站3号机组振动分析[J]. 水力发电， 2007， 33(2)： 94- 97．

(责任编辑 焦雪梅)

Analyses and Treatment on Vibration of Unit 1 of Hongping Pumped-storage Power Station

TANG Yongjun, ZHOU Xijun

(Technology Center of State Grid Xinyuan Company Ltd., Beijing 100161, China)

Excessive vibration and high bearing pad temperature of Unit 1 in Hongping Pumped-storage Power Station are appeared in the early commissioning stage. For solving above problems, the gaps between guide bearing pads are adjusted and the dynamic balance test are carried out. As a result, the temperature of upper and lower guide bearing pad is lowered, and the vibration of unit and the run out of main shaft become smaller．

Unit 1; vibration; main shaft; dynamic balance; bearing pad temperature; Hongping Pumped-storage Power Station

2016- 06- 20

唐拥军(1979—)，男，湖南祁阳人，高级工程师，主要从事水电机组整组调试、故障诊断、信号分析与处理工作．

TV734(256)

A

0559- 9342(2016)08- 0087- 03