（福建仙游抽水蓄能有限公司 福建莆田 351267）
摘要：本文以某水电站3号机为例，通过分析对上导摆度有影响的水力、机械、电磁力三个因素，结合频谱图分析及动平衡试验，得出磁极线圈匝间短路和转子质量不平衡是造成3号机上导摆度超标的原因。通过处理磁极线圈匝间短路和转子配重，成功地消除了上导摆度超标的缺陷。为类似电站和机组解决上导摆度超标问题提供参考。
关键词：上导摆度；频谱图分析；匝间短路；质量不平衡
概述
水轮发电机组摆度超标是水电站常见故障，严重影响着水轮发电机组的安全运行，而机组在水导摆度超标的情况下长期运行会导致转轮出现不同程度的裂纹和空蚀，不仅影响了机组安全、可靠运行，还为机组检修增加了困难，不但延长了检修工期，同时也耗费了大量的人力物力。而近年来，随着水轮发电机组单机容量和尺寸的不断增大，水轮发电机组摆度超标现象频现，因机组摆度超标引起的故障已对机组的运行造成了一定影响。国内某水电站位于乌江上，总装机容量4×260MW，多年平均发电量40．64亿kW·h；其3号机从2009年7月投入商业运行以来水导摆度一直超标，摆度超标使各导轴承瓦温存在持续升高的危险，同时也使转轮产生裂纹和空蚀的现象频繁发生，降低了机组的运行可靠性。电厂为此进行了大量检测，但仍未能找到摆度超标的主要原因并从根本上解决这一问题。因此，加强对水轮机组摆度超标问题的研究十分必要。
1上导摆度超标原因分析
1.1水力因素分析
影响机组振摆的水力因素有：尾水管内低频涡带；尾水管中频、高频压力脉动；水轮机止漏环间隙不均；蜗壳、导叶、转轮水流不均；压力管道中水流脉动；水头变化；负荷变化。水力不平衡引起的机组振摆变化首先体现在水导摆度的变化。将2012年5月至2014年11月期间水导摆度、上导摆度、水头、负荷绘制成变化趋势图，发现水导摆度、负荷、水头的变化趋势与上导摆度的变化趋势并不一致，由此可排除水力因素是导致上导摆度变化的原因。
1.2利用频谱图分析上导摆度超标原因
频谱分析就是把复杂的时间历程波形，经过傅里叶变换分解为若干单一的谐波分量来研究，以获得信号的频率结构以及各谐波和相位信息。
根据频谱图上的频率、幅值结合机组振摆特征，可有效分析引起振摆的可能原因，见表1。
表1机组振动原因、频率、特征关系表
根据以上可分析画出频谱图，通过分析研究频谱图中上导摆度的主要频率值和频幅值进行分析，并且将分析出的结果来对照表一相关的内容来分析出上导摆度超标可能出现的原因。以下将会利用频谱图来进行分析并通过比对机组振动原因、频率、特征这三者之间的关系来得出上导摆度超标的原因。
1.2.1利用频谱图分析上导摆度超标原因
利用机组状态在线监测系统，取出上导摆度频谱 图（如图 2 所示）进行分析。
从频谱图中可以看出：上导摆度主要频率为 1 倍频即转频，1 倍频幅值为 177.9μm。结合表一相关内容分析认为上导摆度超标的可能原因为：（1）转子质量不平衡；（2）机组轴线问题；（3）导轴瓦间隙问题；（4）气隙不均导致的磁拉力不平衡；（5）磁极线圈匝间短路导致的磁拉力不平衡。
1.2.2盘车检查机组轴线
2014年度机组检修期间，对上导摆度进行了盘车测量。（1）在下导轴领、上导轴领处沿圆周划8等分线。（2）在下导轴领、上导轴领对应位置固定部件上+X、+Y方向架设百分表，测针垂直指向转动部件被测表面。（3）百分表调零，启动高压油润滑系统，盘车测量（盘三圈，记录第二、三圈数据）并记录0°、180°方位下导轴领、上导轴领各测点的百分表读数。（4）根据测量数据，利用矢量分解法计算上导摆度。根据计算结果，上导盘车摆度为47um，满足要求，确定上导摆度超标并非由机组轴线变化引起。
2上导摆度超标问题处理
2.1磁极线圈匝间短路处理
（1）拆除与问题磁极连接的磁极连线及磁极压板。（2）对问题磁极及问题磁极的磁极键进行编号。在主键焊上吊装工具后，分批将磁极键拔出。拔磁极键时采用桥机主起升钩，慢速起吊，防止起升过快碰伤其他设备。同时做好防护措施，防止损伤周围磁极及定子线棒。（3）用专用工具将磁极缓慢吊出，放置在垫有胶皮的木方上，木方高度应一致，使磁极整体保持水平；对线圈和铁心进行编号。（4）用专用工具对线圈进行脱库处理，使铁心和线圈分离。专用工具的六个承重面用胶皮进行防护，保证承重面至少有一半面积与线圈接触，防止挂住上托板并一起吊出。用桥机主钩缓慢起升，注意观察线圈与铁心的碰触情况，防止线圈层间被拉裂。（5）用5T拉力计分别对每个线圈、铁心进行称重并记录。（6）清除铁心表面及托板上的玻璃胶和杂质；清理环氧板与铁心间的杂质；在环氧板分层起皮的部位涂刷793环氧胶；铁心表面重新涂刷J0405磁极铁心表面绝缘漆；重新在托板和铁心间填补玻璃胶，使间隙平整。
2.2转子质量不平衡处理
经变转速、变励磁试验测量，3号机所装测点振摆幅值均满足DL/T507-2002《水轮发电机组启动试验规程》的要求，但机组存在较大的质量不平衡和一定的磁力不平衡。为提高机组运行稳定性，决定进行动平衡处理。根据综合平衡分析的结果，兼顾机组空转、空载工况，在转子磁极中部、自编相位30°处加配重约47kg，在自编相位70°处加配重约100kg。配重后机组在100％额定转速工况下，上导摆度降幅约100um，下导摆度降幅约140um，上机架水平振动降幅约20um；在100％空载额定电压工况下，上导摆度降幅约70um，下导摆度降幅约60um，上机架水平振动降幅约20um；配重效果明显。动平衡处理有效地减小了质量不平衡，控制了磁力不平衡的影响。
结语
水轮发电机组最常见、最主要的故障就是振动故障，振动直接影响机组的安全、稳定运行。本文通过频谱图分析及现场试验分析发现造成3号机上导摆度超标的原因为转子质量不平衡和磁极匝间短路，而不是机组轴线、瓦间隙、水力不平衡等问题。通过磁极线圈匝间短路处理和转子动不平衡处理，彻底解决了3号机上导摆度超标的问题。我们应更深入地了解频谱图、轴心轨迹图、轴线姿态图这些分析图，利用它们分析并解决机组的振摆问题，积累经验，为真正实现状态检修奠定良好的基础。
参考文献：
[1]高梅英，程书官.三门峡水电厂2号发电机上导摆度大原因分析处理[J].华中电力，2010，23（5）：63-65.
论文作者:郑文强,宋俊峰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第13期
论文发表时间:2018/8/16
标签：磁极论文; 机组论文; 频谱论文; 不平衡论文; 线圈论文; 铁心论文; 水轮论文; 《电力设备》2018年第13期论文;