仙居蓄能电站上机架松动原因分析与处理

张 飞，罗成宗，辛建忠，赵志文

（1.国网新源控股有限公司技术中心，北京 100161；2.国网新源浙江仙居抽水蓄能有限公司，浙江 台州 317300；3.东方电机有限公司电站服务事业部，四川 德阳 618000）

仙居蓄能电站上机架松动原因分析与处理

张 飞1，罗成宗2，辛建忠3，赵志文2

（1.国网新源控股有限公司技术中心，北京 100161；2.国网新源浙江仙居抽水蓄能有限公司，浙江 台州 317300；3.东方电机有限公司电站服务事业部，四川 德阳 618000）

半伞式机组上机架主要承受发电机径向力，如果设计或安装不当极易造成上机架松动，严重影响机组的安全稳定运行。本文针对浙江仙居抽水蓄能电站首台机组调试阶段遇到的上机架松动问题，介绍了上机架松动的识别过程，分析了松动的原因是由于上机架与基础之间的定位键设计不当导致安装后上机架与基础之间存在间隙所造成。在此基础上采用将上机架方形定位键替换为楔形键解决了上机架松动问题。

蓄能机组；启动调试；上机架松动

0 引言

浙江仙居抽水蓄能电站位于浙东南中心地带仙居县境内，东临台州、南近温州、西连金华和丽水、北接绍兴。电站设计安装4台单机容量375 MW的可逆式抽水蓄能机组。电站首台机组于2016年1月22号启动。启机前在发电电动机上机架、下机架、定子基座以及上导、下导轴承处安装传感器对机组振动及摆度进行测量以考核发电电动机在不同工况下的稳定性情况。发电电动机上导瓦单边间隙设计为20 μm，下导瓦单边间隙48 μm。

1 机架松动识别

首台机组静止变频器拖动时不同转速下的上机架、下机架振动、上导、下导摆度与机组转速关系曲线见图1、图2所示。

图1 机组开机过程中摆度与转速关系曲线

图2 机组开机过程中振动与转速关系曲线

根据图1和图2可见，机组振动与摆度转频幅值大致与转速平方成正比，机组存在明显的动不平衡。考虑到机组摆度较大，再升高转速已超过瓦间隙，因此决定首先进行配重工作。经过4次配重后额定转速下发电电动机下导和下机架振动已在合同规定的范围内，但上导摆度超过合同保证值，上机架水平振动严重偏大。额定转速下上机架水平与上导摆度混频幅值见表1所示，其对应的频谱见图3所示，上导轴心轨迹见图4所示，机组在80%、90%和100%转速下的上机架振动与上导摆度见图5所示。

表1 配重后额定转速下发电电动机振动与摆度幅值

图3 配重后额定转速下上导与上机架频谱图

图4 配重后80%、90%和100%转速下的上导轴心轨迹

图5 配重后不同转速上机架与上导摆度混频幅值

从表1可见，发电电动机在额定转速时上机架水平振动达到300 μm，已远超过振动的允许值[1][2]，而垂直振动满足稳定运行的要求，即水平方向与垂直方向振动差异明显，初步判断上机架与基础联结有松动的可能[3]。此时上导摆度基本在可控范围内，未超过75%的上导瓦间隙，上导的轴心轨迹呈外八字形（见图4所示）。在图3频谱图中可见上机架振动以转频分量为主，没有明显的其它阶次谐波。而在图5中可见：80%、90%和100%转速下上机架振动与摆度混频幅值随转速有增大的趋势。考虑到此时下导摆度与下机架振动已满足稳定运行的要求，因此最大的原因即上机架与基础的连接存在松动。由于上机架水平振动已严重超标故决定拆除发电电动机上盖板，对上机架与基础联结进行检查。

2 松动确认与处理

拆除发电电动机上盖板后发现上机架与基坑壁联结的定位键之间有明显的空隙，见图6所示。

图6 上机架与基础联结定位键间隙

对发电电动机上机架8个支臂进行检查均可以发现明显的间隙。采用塞尺进行检查间隙不均匀，大致在50～80 μm之间，其中靠近键中心把合螺栓处间隙略小，上下两侧间隙较大。造成这种结果的主要原因是：方形定位键虽然利于加工，但是不便于打紧。当上机架吊装就位完成后，安装定位键，采用螺栓把合方式压紧，为便于安装，机架、基础和定位键之间并未采用过盈配合，造成安装后定位键与机架间存在间隙，从而造成发电电动机运行后上机架水平方向振动偏大。

考虑到更换定位键周期较长，需主机厂家重新设计、制作并运输后才可以安装，故临时采用加垫片方式进行固定，待机组投运后C修时彻底进行处理。加装垫片后上机架与基础联结见图7所示。

图7 临时方案处理后上机架与基础联结

将8个上机架支臂与基础的联结分别进行处理后再次开机至80%、90%及100%额定转速，上机架振动与上导摆度混频幅值见图8所示，不同负荷工况下机架振动与上导摆度混频幅值见下页图9所示。

图8 临时方案实施后不同转速上机架振动与上导摆度

从图8可见，采用临时方案后上机架振动显著减小，机组虽然能平稳运行，但其值依然小于合同保证值50 μm，处于国标允许值的临界点上[2]。为彻底解决这一问题，在机组首次C修时，采用如下方案进行处理：将方形联结键替换为两块楔形联结键组合，在上机架吊装完成后采用对称方向打紧方式进行安装。优化之后的楔形联结键见图10所示。

图9 不同负荷工况上机架振动与上导摆度

图10 优化设计并安装后的楔形键

优化后的楔形键由具有倾斜面的主键和副键组成。安装时先将主键放入定位槽中，然后将副键打紧，由于具有楔形键倾斜面，可以保证接触面紧密接触，不会造成间隙。优化后的楔形键在3号、4号机组安装时进行了使用，并在1号、2号机组C修时进行了更换。后续3号、4号机组调试时未发现由于上机架与基础联结松动导致的上机架水平方向振动过大问题。1号机组C修更换联结键后不同工况下的上导摆度与上机架振动见图11所示。

图11 永久方案实施后的上导摆度与上机架振动混频幅值

对比图11和图8可见，当更换优化后的上机架与基础联结定位键后，上导摆度各种工况下混频幅值略有减小，而上机架振动则明显减小。这表明此次优化处理是有效的，上机架振动过大问题即由原定位键联结松动所导致。

3 结论

针对仙居1号机组上机架振动超标问题进行了测试并分析，指出引起这一问题的原因是上机架与基础联结的定位键设计不当造成安装后存在间隙所导致。在此基础上采用楔形键对原键进行了更换，更换后不同工况下的上机架振动均满足国标及合同保证值的要求，表明此次处理成功。

[1]GB/T8564-2003水轮发电机组安装技术规范[S].北京:中国标准出版社,2004.

[2]GBT6075.5-2002在非旋转部件上测量和评价机组的机械振动第5部分:水力发电厂和泵站机组[S].北京:中国标准出版社,2002.

[3]杨国安.旋转机械故障诊断实用技术[M].北京:中国石化出版社,2013.

TK730

B

1672-5387（2017）06-0044-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.06.016

2016-11-29

张 飞（1983-），男，高级工程师，从事水电机组性能测试技术研究与实践工作。