关于都江堰玉堂电站机组异常振动的原因分析

张静+余建军

四川水利职业技术学院工程勘察设计院

【摘 要】本文对某小型水电站机组长期振动原因进行分析并提出处理意见。

【关键词】水轮发电机振动原因；处理办法

四川省都江堰市玉堂电厂系四川省都江堰灌区沙沟河干渠第一级电站，位于都江堰市玉堂镇永康村。电站于1984年12月28日开工建设，1987年元月27日竣工投入运行。该电站工作水头9m，设计引用流量45.21m3/S，水轮发电机组由东方电机厂生产，水轮机型号为ZD560-LH-180，发电机型号为SF800-28/2600，装机容量为3×800kW。

该电站自投运以来一直存在严重的机组振动问题，经东方电机厂多次现场考察，测试、论证，处理都没有得到解决。据了解当时对机组异常振动的原因定性为定子铁心在机组容量为800kw～1000kW、转速为214.3 rpm工况下电磁谐振。围绕谐振问题东方电机厂做了许多研究，在定子铁芯、定子机座及定子绕组方面采取了很多消谐措施但也没有解决根本问题，后来就没有了办法，机组一直带病运行。此事件在附近小型水电站广为流传，在水电站行业就有了机组选型要避开该水头段的容量和214.3 rpm的转速的经验之谈，也就是将电机维修后铭牌改为1000kw的实际原因。再后来就听说主持玉堂电站电机设计的主设工程师为此事受了全国通报批评处分，几年后该同志就郁郁而终了。东方电机厂是我国水轮发电机组制造业首屈一指的特大型企业，技术水平不容质疑。在这样容量的小机组的技术问题上处分责任人也充分体现出东电对技术要求和内部管理的严谨性。在玉堂电站机组问题上人们普遍的认为是东电是搞大机组的，而玉堂这种机组太小了，可能没有引起重视而已。時间就这样过去了二十六年，一个偶然的汶川5.12地震灾后重建机会我们接触到了玉堂机组，由于有了前面那么多曲折，观察起来就比较谨慎。经仔细观察，从另一方面提出玉堂电站机组异常振动的原因分析和处理意见供同行们参考。

玉堂电站机组异常振动的原因不是复杂的电磁谐振，而是简单的机组上机架定位错误！

众所周知，立式悬挂式机组转子、转轮重量及轴向水推力全部通过推力轴承传递到上机架。对玉堂电站这样800kw的机组轴向力约有二十余吨。这些力通过上机架四条支撑（牛腿）传递给定子机座，再通过定子机座下方四个基础板传递到钢筋混凝土机墩。为保证机座整体强度、刚度及传递受力，在正对机墩上基础板的机座底板至机座顶板之间布置了纵向受力支持筋板和横向加强筋板。安装时只需将上机架四条牛腿正对定子四个有支持筋的方位即可顺利将很大且动态的二十余吨力传递到牢固的机墩上。玉堂电站定子机座四道支持筋板和基础板位置处于厂房+Y、-Y、+X、-X方位。

可玉堂电站三台机组的上机架四条腿却阴差阳错的与上述四个方位错开了45度。结果上机架四条牛腿就落在定子机座顶板下没有纵向支持筋的地方。定子机座上顶板是一快圆环形钢板，周长约8m，钢板厚度约12mm。这块圆环形钢板仅外圆周与定子机座纵向圆周焊接，在定子底座有基础板的地方才有纵向支持筋板。由于有这45度偏差，上机架四条牛腿正好落在定子机座上顶板上两道有纵向支持筋板之间的空档处平放的圆环上。两道有纵向支持筋板之间平放的圆环周长约2m，也就是两道纵向支持筋板抬了一块2m长的圆弧薄钢板，在每块圆弧钢板的中心有约1/4的轴向总力，且该段圆弧为偏心受压。转子轴向水推力随机组出力变化而变化，此力传递到偏心受压且平放的圆弧薄钢板上，由于薄钢板下方没有支撑而发生向下弹性形变；随发电机出力变化该形变亦发生脉动变化，这样就使得发电机定子机座发生强烈振动，且出力越大振动越大，站在发电机盖板上足心强烈感受发麻。前面很多研究都把目光放到电磁谐振上面，而忽略了这个上机架安装原因，把简单问题搞复杂化了。由于主要引起振动的原因没找准，采用的工程措施不能解决问题也就不足为奇了！

问题找准了，解决的办法却很简单。只需将上机架反时针旋转45度使上机架牛腿正对定子纵向支持筋和定子基础板即可。为此需在定子机座上顶板正对定子纵向支持筋的地方重新开固定上机架的定位螺栓孔。上机架旋转45度后不影响机组结构，仅上油盆冷却水进出水接入口方位相应改变45度，需现场配管解决。还有一个办法就是在现上机架牛腿搁置处定子机座上下顶板之间加支持筋和加强筋，同时在定子机座下挡板支持筋受力处重新在机墩上做基础板。只是这个办法要麻烦些。灾后重建已经对玉堂电站机组进行了改造，在上机架牛腿正对的定子机座上下顶板间加了支持筋，振动问题已经基本得到解决。

时间已经过去了26年，现在再去追究上机架为什么会偏离45度已经没有意义！但这个简单问题分析复杂化从而掩盖问题的主要矛盾，使问题得不到解决这个教训应该记取！我们认为这事与过世了的不知名姓受到通报批评处分的搞电机设计的前辈没有关系，哪个处分应予撤销！

（附图 ：见上）

作者简介：

张静 ，女， 大学本科电气工程及其自动化专业毕业，四川水利职业技术学院工程勘察设计院工作，长期从事水电工程勘察设计、工程监理工作。

余建军，男，高级工程师。四川水利职业技术学院机电工程系教师，四川水利职业技术学院工程勘察设计院总工程师，担任水电站电气设备、继电保护、自动装置等课程教学40余年，长期从事水电工程勘察设计、工程监理工作。