巴基斯坦某电站4#机甩负荷后振摆不能恢复原因剖析及处理

李兴邦

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150040)

巴基斯坦某电站工程位于巴基斯坦克什米尔地区的尼拉姆河上。电站装机4台，总装机容量963 MW。该4台哈尔滨电机厂有限责任公司生产的水轮发电机结构型式为立轴悬式全封闭双路自循环空气冷却三相凸极同步发电机。运行中，电站4#机甩50%负荷后发现摆度振动增大，空载空转后数据不能恢复。停机检查发现磁极键有松动现象。

1 发电机技术参数

发电机主要技术参数如下。

发电机容量SN：265．5 MW

额定功率因数cosΦN：0．9

旋转方向：俯视顺时针

额定电压UN：15．75 kV

额定电流IN：10 814 A

额定转速nN：300 r/min

飞逸转速nN：495 r/min

额定频率fN：50 Hz

相数m：3

定转子绕组绝缘等级：F

冷却方式：全空冷

发电机飞轮力矩GD2：>7 540 tm2

转子支架为圆盘式焊接结构。有10个主立筋，在厂内与转轴热套在一起，转子支架具有足够的刚度和强度。磁轭冲片是由4 mm厚低合金高强度钢板WDER650冲制而成，在工地叠压成整体。在磁轭和转子支架的键槽中打进斜度1：200磁轭凸键，使磁轭与转子支架径向胀紧。转子磁轭结构，如图1所示。

图1 转子磁轭装配示意图

为了保证在低于分离转速时，磁轭与支架间仍有一定的过盈，使得转子磁轭与支架同步转动，热打键的紧量必须符合设计要求[1]。巴基斯坦某电站磁轭热打键的单边紧量为1.25 mm。磁轭打键时必须加热磁轭，加热温度应达到使磁轭的径向热膨胀量与分离转速时由离心力产生的径向变形量相等[2]。

转子是发电机组的心脏，是变换能量和传递转矩的主要部件。转子磁轭等装配质量的好坏直接影响到机组的安全稳定运行。转子的结构应满足足够的刚度和强度，在飞逸转速时不发生有害变形并在任何工况下不得失去稳定。

在磁极和磁轭离心力的作用下，磁轭要径向胀大，磁轭与转子支架之间会出现间隙。水轮发电机和电网解列或甩负荷时，机组转速将升高。为防止过速时因磁轭与转子支架分离而产生偏心振动，必须保证磁轭与转子支架同心。磁轭与转子支架连接采用径向和切向复合键结构，如图2所示。分离转速为额定转速的1.15倍。

2 甩50%以上负荷后振摆不能恢复情况介绍

巴基斯坦某电站4#机甩50%负荷后发现，摆度振动增大， 空载空转后数据不能恢复。先对转子交流阻抗进行试验，排除磁极匝间短路。停机检查发现磁极键有松动现象(过速试验后未进行磁极键打紧)。甩75%负荷后发生与甩50%负荷类似情况，摆度振动增大，空载空转后数据不能恢复。甩75%负荷前后振摆数据见表1。

图2 转子磁轭复合键结构

表1 甩75%负荷前后振摆数据

4#机甩50%负荷磁极键打入深度比3#机过速试验后磁极键打入深度大得多，分析转子磁极挂装质量和转子磁轭装配质量不好。现场操作者回忆，4#机磁极挂装前，磁轭冲片参差不齐(分析磁轭叠装时整形不好)。甩50%负荷后，机组转速能达到351.1 r/min(超过分离转速)。

根据笔者多年从事水轮发电机组的安装调试指导工作经验，结合《百龙滩水电厂3号机转子事故原因剖析》[3]，机组甩负荷后空载、空转振摆基本上能恢复到初始状态，不能恢复说明发电机转动部分存在异常现象，需检查处理。

3 分析问题

原因分析及建议：

(1) 现场对上导、下导的抱瓦应存在虚抱现象。对上导、下导的重新抱瓦有助于减小摆度。上下导轴承为油浸式自循环和巴氏合金结构。在瓦背面装有能将径向力传递给机架的球面支柱，瓦背面和球面支柱之间垫有不同厚度的薄垫片，用以调整导瓦与滑转子之间的装配间隙。上导轴承结构如图3所示。

(2) 现场对千斤顶碟簧按设计压缩量要求进行调整后，有助于改善上机架受力情况，减小上导摆度。千斤顶碟簧结构如图4所示。

图3 上导轴承结构

图4 千斤顶碟簧结构

(3) 现场做配重试验只能消除机械不平衡，对电磁不平衡只能部分纠正。调整抱瓦和千斤顶碟簧，只能缓解，并不能改变甩50%以上负荷后振摆不能恢复的趋势。

(4) 请制造厂对设计紧量进行核算，设计紧量可保证转子磁轭与固定部件不发生相对运动。其余3台机甩50%、75%负荷后空载空转摆度振动均能恢复正常。现场操作者回忆，4#机实际磁轭热加垫厚度未达到设计要求。

所以4#机甩50%、75%负荷后空载空转摆度振动不能恢复根本原因在于转子磁轭装配质量及热打键的加垫厚度未满足设计紧量要求。根据磁轭副键的打紧检查，磁轭副键的打紧紧度也不够。

DL/T 5230—2009《水轮发电机转子现场装配工艺导则》[4]7．12．2对设计要求为热加垫的磁轭键有明确要求。根据其“冷”打键阶段装配实测径向间隙值和设计要求的预紧量，以及磁轭圆度或同心度的调整要求，计算确定各磁轭键热加垫的厚度。

根据制造厂家的《磁轭叠装工艺守则》中，“测量立筋槽底和冲片槽与磁轭凸键间隙值并记录”的要求测量的两个间隙值和设计图纸对热打键紧量，以及磁轭圆度或同心度的调整要求，取顶部、中部及底部间隙测量的平均值，计算出应垫垫片厚度值。

DL/T 5230—2009《水轮发电机转子现场装配工艺导则》7．12．7 3磁轭热打紧键后，打紧磁轭副键。等磁轭自然冷却后，再拔出副键，检查、修理其接触面应达70%以上；在其各工作面涂二硫化钼润滑脂后，再用大锤在凸键两侧对称打紧。复查其小头的楔入深度，应与凸键下端平齐，多余部分切除。

DL/T 507—2014《水轮发电机组启动试验规程》[5]6．5．5过速试验停机后应进行如下检查：全面检查发动机转动部分，如转子磁轭键、磁极键、阻尼环及磁极引线、磁轭压紧螺杆等有无松动或移位。

4 解决问题

(1) 选用3 kg左右的大锤对磁轭副键用大锤进行打紧，甩50%负荷后，空载空转振摆情况明显改善。甩75%负荷后，空载空转振摆不能恢复。在热态下打紧磁轭副键，凸键起不到作用时，副键顶替。

(2) 对上下导瓦间隙进行检查，发现存在上下导瓦虚抱现象，按图纸要求进行抱紧。

(3) 重新调整发电机导瓦间隙后，进行甩75%负荷试验，空载空转振摆基本恢复初始状态。进行动平衡试验，加配重。在热态下打紧磁轭副键。

(4) 甩100%负荷试验，空载空转摆度恢复到初始状态，振动基本恢复到初始状态。打紧磁轭副键。进行紧急&事故停机试验(25%、50%、75%、100%)之后打紧磁轭副键。

电机实际是凸键紧量不够未起到应有的作用，通过反复打紧磁轭副键使其起到凸键的作用，磁轭副键的图纸要求如图5所示。磁轭副键最大打入深度45 mm，打紧磁轭副键后测量如图6所示。

图5 磁轭副键的图纸要求

图6 打紧磁轭副键后测量图

5 结语

建议类似这类高转速机组一定要注意磁轭叠装质量[6]，磁轭热打键加垫厚度应列入验收记录进行质量控制。广东某抽蓄电站发电电动机动平衡相位常出现变化的原因之一也是磁轭键松动。本文通过对巴基斯坦某电站4#机甩负荷后振摆问题的处理，对振摆不能恢复的原因进行分析，并提解决方案。对其他电站甩负荷后振摆不能恢复的处理，有一定的参考和借鉴作用。