清远抽水蓄能电站机组动平衡试验综述

陈泓宇，何少润

（1.清远蓄能发电有限公司，广东 清远 511853; 2.调峰调频发电公司，广东 广州 510640）

清远抽水蓄能电站机组动平衡试验综述

陈泓宇1，何少润2

（1.清远蓄能发电有限公司，广东 清远 511853; 2.调峰调频发电公司，广东 广州 510640）

动平衡试验是新机组启动试验的一项重要内容，通过在发电机转子上配重的方法来减小其转动部件动不平衡引起的振动，使机组结构振动和大轴摆度符合规程允许值。本文通过介绍清远蓄能电站1～4号机组启动试运行期间仅2d完成了动平衡试验，证实了机组轴系加工、装配达到了较高的精度；也说明提高转轮静平衡验收标准对机组动平衡试验顺利完成及蓄能机组长期稳定运行是有利的。

抽水蓄能机组；动平衡试验；振动；摆度

1 概述

2015年9月4日清远抽水蓄能电站（以下简称“清蓄”）1号机组首次发电方向冲转、9月5日进行升速试验，9月6日～18日进行了2次的动平衡配重调整；2号机组于2015年12月19日首次机组冲转调试，12月21日进行升速试验和额定转速下的1次动平衡配重试验；3号机于2016年4月2日首次冲转调试，4月3日进行升速试验，4月4日～14日进行了4次动平衡配重调整；4号机于2016年7月5日首次冲转调试，7月6日进行升速试验和1次的动平衡配重调整试验。

2 机组动平衡试验准备工作

2.1 测点布设

试验伊始，机组按要求布设了上导、下导和水导轴承6个摆度测点，上机架、下机架和顶盖6个振动测点以及一个键相测点，所有测点信号均采用加装传感器的方式取得，所布设传感器及测试仪器见表1。

表1

2.2 机组振摆标准的确定

（1）国际标准化组织的ISO 10816-5（2000）《在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动》第5部分：水力发电厂和泵站机组，是目前水轮发电机组衡量机架或轴承座最具权威性的振动评定标准之一，GB/T 6075.5-2002《在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动》第5部分：水力发电厂和泵站机组，实际上相当于ISO 10816-5（2000）的中译本，一般可以等同ISO 10816-5（2000）使用。其相关的主要内容是：

对于类似于清蓄的上、下导轴承座均支撑于基础上的立式机组（转速在60～1 800 r/min）可参照表2执行。

表2

（2）ISO 7919-5（2005）《旋转机械转轴径向振动的测量和评定》第5部分：水力发电厂和泵站机组，是国际标准化组织衡量大轴振摆的主要标准，GB/T

11348.5 -2008《旋转机械转轴径向振动的测量和评定》第5部分：水力发电厂和泵站机组，实际上相当于是ISO 7919-5（2005）的中译本。其相关的主要内容是：

转轴测量方向上的相对振动位移峰-峰值（SP-SP）参照图1执行，对于428.6 r/min的清蓄机组其“A”区极限位为146 μm，“B”区极限为238 μm。其中：

1）区域“A”：振动数值在此范围的设备可认为是良好的并可不加限制地运行，新机一般在区域“A”内进行考核；

2）区域“B”：振动数值在此范围的设备可以接受长期运行；

3）区域“C”：振动数值落入此范围内，提请注意安排维修。一般，该机器还可以运行一段有限时间，直到合适机会进行检修；

4）区域“D”：振动数值落入该范围的设备被认为极有可能导致损毁事故。

（3）设计制造商东芝水电（杭州）有限公司（以下简称“东芝水电”）提供的质量标准见表3。位移峰-峰值（SP-SP）的推荐评价区域，适用于水轮机在合同许可的稳态流动区域运行。

表3

图1 水力机械或机组转轴在测量方向上振动

2.3 机组原始配重

4台机组为平衡转子引线布设的原配重均为：转子上部磁极5和6号、6和7号、7和8号、8和9号、9和10号之间各布设配重13.8 kg（参见图2）。

图2 原始配重图

3 动平衡试验计算方法

目前多使用影响系数法进行抽水蓄能机组这样的刚性转子的动平衡配重工作，我们习惯上先以转子上园盘平面作为加重的平衡面进行转子动平衡。即：

（1）未加试重时，测得上机架振动矢量V10。

（2）在转子上平面加试重q1，测得加试重后的上机架振动矢量为V11。

（3）计算平衡面应加配重的大小和方位的矢量方程：

（4）对于清蓄这样高转速抽水蓄能机组，其实际应配重相位与计算所得不平衡质量的相位会有一个量值不大的滞后角——机械滞后角。即：

4）将A顺时针转兹角，这个位置就是实际不平衡质量的相位，在其180°方向加配重即可起到平衡作用。

（5）如若要求加配重后振动值下降Xμm，则应加的配重为：，单位为kg。

一般情况下，第三次开机即可完成平衡工作。如果还不理想，可在转子下平面再进行配重。上述方法，具有仪器设备轻便、开机次数少、平衡精度高且能显著降低机组振动水平的优点。

4 动平衡试验进程

（1）1号机组升速过程中分别在264 r/min连续运行约1 h、320 r/min连续运行约1 h，然后在额定转速428.6 r/min下运行约9 min；2号机组升速过程中分别在239 r/min连续运行约30 min、320 r/min连续运行约1h，然后在428.6r/min下运行约1min；3号机组升速过程中分别在210 r/min连续运行约40 min、320 r/min连续运行约40 min，然后在428.6 r/min下运行约10 min；4号机组升速过程中分别在217 r/min连续运行约1 h、323 r/min连续运行约1 h，然后在428.6 r/min下运行约10 min；测录数据汇总于表4。

（2）1号～4号机组冲动后均按三个级差进行升速试验，从上表可以看出，在320 r/min及以下转速时机组振摆基本都能控制在“A”区内，机组运转是稳定、正常的。而机组在额定转速428 r/min运行时的情况是：

表4 检测记录

1）1号机组上、下、水导通频轴摆都已跨入“C”区运行，转频基本在“B”区（水导除外）；上下机架及顶盖水平振动均在“A”区，顶盖垂直振动则已跨入“C”区；说明轴系还是明显存在质量不平衡，必须进行现场动平衡处理。

2）2号机组下、水导通频轴摆基本已跨入“C”区运行，上导通频轴摆及下导转频在“B”区，其余轴摆则都在“A区运行；机组振动除顶盖垂直方向通频超出“B”区外，其余上下机架及顶盖的振动均在“A”区运行；说明轴系还是存在较大的质量不平衡量，必须进行现场动平衡处理。

3）3号机组下导通、转频轴摆均在“B”区，水导通频则已进入“C”区，其余都还在“A”区运行；机组振动除顶盖垂直方向通频超出“B”区外，其余上下机架及顶盖的振动都还在“A”区运行；尽管机组振动、摆度并不严重，但轴系也还是存在质量不平衡的，应对其进行现场动平衡处理以提高运行质量。

4）4号机组除下导、水导通频轴摆纳入“B”区，其余轴摆均在“A”区运行；机组振动除顶盖垂直方向通频处于“B”上限附近外，其余上下机架及顶盖的振动都在“A”区运行；尽管机组振动、摆度并不严重，但轴系也还是存在质量不平衡的，应对其进行现场动平衡处理以提高运行质量。

（3）机组按照程序进行试加配重及计算、调整配重，具体情况见表5。

表5

（4）机组动平衡效果评述

1）1号机组试加配重后，上、下导处轴运行摆度下降了30%～40%（含通频和转频），水导轴摆则变化不大，且各测点相位基本没有变化；上机架振动下降了约1/3（含通频和转频），下机架和顶盖振动基本没有变化。根据计算进行第一次配重后机组振摆明显改善，上导轴摆又下降了约1/4，下导轴摆下降了将近50%，而水导轴摆、上下机架及顶盖振动均无太大变化。继之分别进行了轴承热运行和电气过速（120%额定转速）试验，虽然各测点转频轴摆均很小，但由于受空载工况流场不太稳定的影响，顶盖振动和水导摆度波动还是较大，东芝水电决定进行第二次动平衡调整。其后，机组振动摆度大为改善，尤其是转频幅值均＜100 μm。经确认，清蓄1号机组动平衡调整顺利完成，效果是比较理想的。

2）2号机组试加配重后，上下导通频轴摆下降了约1/3、转频下降了约50%、水导转频轴摆下降了1/3（通频则变化不大）；上下机架和顶盖转频振动均下降50%甚至更多，通频也略有下降；只是由于空载工况流场不太稳定，顶盖振动和水导摆度通频幅值波动较大，下导轴摆通频值也还略高，但估计机组并网带负荷后机组会趋于稳定。经各方认可，2号机组动平衡调整顺利完成。

3）3号机组试加重后，上导转频轴摆下降了约60%、下导和水导转频轴摆仅下降约15%～20%，上下机架振动略有改善，而通频轴摆和振动（含顶盖转频振动）均无明显好转；根据东芝的数据计算进行第一次配重调整后，上导轴摆（通、转频）和上机架转频振动均有所上扬、下导轴摆略有下降，其余都与调整前维持同一水平没有明显改善；随后采用明华公司调整方案进行了第二次配重调整，其时机组上导轴摆略有增加，下导轴摆通频下降30%、转频则下降70%、下机架转频振动下降约50%，而其余部位振摆均无明显改善；考虑到机组在空转运行过程中摆度变化较大，上导通频幅值可能达到200 μm报警值，遂又经计算进行了第三次配重调整，使得所有转频轴摆仅只40～70 μm左右，除顶盖垂直方向振动达到2.8 mm/s外其他部位振动幅值均较小。经确认，该机组发电方向空载工况的动平衡调整告终。

4）4号机组首次试加配重后的运行情况表明，上下导转频轴摆下降了35%～50%、通频轴摆也都略有下降，上下机架转频振动下降幅值较大、通频也略有下降，除顶盖通频振动和水导通频轴摆略大外，其他无明显变化但幅值均较小。经确认，该机组发电方向空载工况下的动平衡顺利结束。

（5）1～4号机组最终配重状况参见图3～6。

图3 1号机最终配重

图4 2号机最终配重

图5 3号机最终配重

图6 4号机最终配重

（6）1号～4号机组配重调整后在428 r/min转速下连续运行的振摆数据见表6。

表6 配重调整最终检测记录

5 机组动平衡调整后主要工况的运行

（1）机组并网后带负荷160 MW、240 MW运行都还是平稳的，带满负荷320 MW热运行期间各测点振摆数值见表7。

表7

从表7可以看到，机组发电满负荷运行工况大轴摆度各测点幅值均较小，且通频和转频幅值相差不大，均处在GB/T 11348.5-2008标准的“A”区；上、下机架振动和顶盖振动也都处于GB/T 6075.5-2002标准的“A”区。

（2）机组PC工况热稳定性运行试验各测点振摆数据参见表8。

表8

从表8可以看出，各台机上导和水导摆度幅值均较小，一般都处在“A”区；上、下机架振动和顶盖振动也都处在“A”区；但下导摆度幅值都偏大，其中1号、2号、3号机下导摆度处于仍可长期运行的“B”区，而4号机下导摆度则已处于不可长期运行的“C”区。

（3）机组P工况进行热运行试验各测点振摆数据参见表9。

表9

从表9可以看到，P工况运行时各台机上下导轴摆幅值均较小，且通频和转频幅值相差不大，而水导摆度则更小；上、下机架和顶盖振动也都处于“A”区，可不受限制运行。

（4）机组GC工况热稳定性运行试验各测点振摆数据参见表10。

表10

从表10可以看出，机组轴系摆度幅值均较小，其中水导摆度幅值最小，下导摆度幅值稍大，但也都在可不受限制运行的“A”区；上、下机架振动和顶盖振动也都处在可不受限制运行的“A”区；表明机组在该工况下可以长时间稳定运行。

6 结语

（1）机组转动轴系在未加配重运行在空载额定转速工况时，尽管如1号机组各导轴承处通频轴摆及水导转频、2号机组下、水导通频轴摆、3号机组水导通频等已跨入“C”区运行，但其余轴摆均在“B”、“A”区运行，尤其是3号、4号机组大都在“A”区运行；机组振动除1号、2号、3号机顶盖垂直振动跨入“C”区外，其余上下机架及顶盖的振动均还在“A”区运行。也就是说，机组轴系还是存在质量不平衡、有必要对其进行现场动平衡处理以提高运行质量的。但其振动、摆度并不严重的事实证明了机组轴系加工、装配达到了相当高的精度和标准，也体现了转轮静平衡按照G2.5验收的优势。

（2）机组经过动平衡配重调整之后，转动轴系在空载额定转速工况运行下，除1号、2号、3号机水导通频轴摆还略超越“B”区上限外，其余部位轴摆都已纳入“B”、“A”区运行范围，尤其是机组转频轴摆均＜100μm；机组振动除顶盖垂直方向略超“B”区上限外，其余均在可以长期稳定运行的“A”区。这就证明1号～4号机组的动平衡配重调整收到了很好的效果，可保证机组顺利进入后续调试运行进程。

（3）机组发电满负荷以及P、GC工况运行时机组轴系摆度幅值均较小，都在可不受限制运行的“A”区；上、下机架振动和工况顶盖振动也都处在可不受限制运行的“A”区；表明了机组在这些工况下可以长时间稳定运行。而在PC工况，各台机上导、水导轴摆幅值以及上、下机架振动和顶盖振动也都处在可不受限制运行的“A”区；而1号、2号、3号机下导摆度处于仍可长期运行的“B”区，唯4号机下导摆度则处于“C”区；亦即在该工况下应注意4号机组是不宜运行过长时间的。

（4）机组负荷运行期间，根据其轴系振摆的变化趋势以及轴瓦间隙增大的具体状况，在调整轴瓦间隙的同时也还可以采取再配重调整，以期抑制机组轴承振动和大轴摆度。如1号机组就是在重新调整轴瓦间隙未取得理想效果的情况下又重新进行了配重：

1）第一次在1、2号磁极之间上部试加9.28 kg、8、9号之间上部减去13.85 kg。

2）由于轴系振摆仍不理想，复原第一次试加重后，最终在14、1号之间上部增重7.93 kg。

最终，机组振摆得以改善。

总之，清蓄电站的实践再一次证明动平衡配重调整是机组调试工作中的重要环节之一，正是由于其顺利、卓有成效的实施，有力保证了机组各工况的稳定运行，对清蓄电站达到并超过国内外抽水蓄能机组平均先进水平起到了增砖添瓦的显著功效。

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TV743

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：1672-5387（2017）03-0005-07

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.03.002

2016-12-05

陈泓宇（1975-），男，工程师，从事水电站机电设备管理及安装调试工作。