摘要：随着社会经济的发展，人们对于电力的需求逐年增加，本文以某水电站3号水轮发电机组自投产以来一直存在水导摆度超标的缺陷和隐患为例。为分析其原因及确定可行的处理方法，电厂做了大量的研究性试验。通过采用抱下导瓦和水导瓦并甩上导瓦的新方法盘车，发现了上端轴存在中心不对称的缺陷，导致水导摆度超标。针对上述原因，通过对上端轴进行移轴处理，消除上端轴旋转时产生的拐点，并经过重新盘车测得各轴承摆度均满足规范设计要求，证明了分析与处理得当。
关键词：水轮发电机；上导摆度；超标
引言
本文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。
1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。水轮发电机组摆度超标作为一种常见故障已经引起国内部分学者的关注。国内某水电站位于湘江上，总装机容量3×20MW，多年平均发电量2.6亿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。
2上导摆度超标原因分析
2.1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2011年5月至2013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。
2.2转子质量不平衡检查
质量力相对于旋转中心线的对称状况是影响机组稳定性的重要因素之一，可通过变转速试验检查机组转动部件的质量平衡状态对机组各部位振动和摆度的影响。当转动部件的质量不平衡较大时，主轴摆度随转速变化而变化的趋势很明显，且径向轴承支架振动幅值与机组转速的平方近似成正比关系。
2.3电磁因素分析
磁拉力不平衡是影响机组稳定性的重要因素之一，可通过升压变励磁试验检查机组磁拉力不平衡对机组振动和摆度的影响。
3上导摆度超标问题处理
3.1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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆同时做好防护措施，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。（7）将新线圈用酒精清扫干净，待酒精挥发后，在线圈内外表面均匀涂刷792双组份环氧树脂胶，室温固化不小于24h。注意清除线圈底部凝固的环氧胶，重新刷胶时防止环氧胶在底部重新凝固成水滴状。（8）统计出铁心、旧线圈和新线圈的重量，根据原磁极重量对新线圈和铁心进行分配组装。（9）新磁极组装完成后，分别进行直流电阻、绝缘电阻、交流阻抗和功率损耗试验，确保试验结果合格。（10）根据原磁极重量，确定新磁极的安装位置，确保新旧磁极重量基本一致，将新磁极安装到位并打进磁极键，恢复磁极连线及磁极压板。回装完成后，对磁极进行整体试验，试验合格。
3.2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。
3.3移轴
处理过程如下：（1）测量检查上端轴止口间隙（+X：0．1mm，－X：0．1mm，+Y：0．08mm，－Y：0．02mm），由数据测量可知需将上端轴由+Y向－Y方向水平移动，但止口间隙不满足移轴条件。（2）拆除大轴补气管及上端轴固定螺栓，将上端轴垂直起吊200mm（起吊前用固定螺母在上端轴圆周X、Y方向进行焊接固定，确保上端轴起吊时不发生偏移，回装时不发生错位），并用枕木支撑固定，对转子与上端轴止口配合面进行分段打磨，即对－Y方向打磨，将－Y方向分为4段，边打磨边测量（1段：0．08mm，2段：0．15mm，3段：0．16mm，4段：0．08mm）。结果满足移动上端轴0．1～0．15mm的要求。（3）回装上端轴，并用螺栓将上端轴固定（螺栓不打紧），在转子中心体平台+Y方向焊接支点，上端轴对称4个方向架设百分表，用千斤顶水平顶上端轴（+Y向－Y方向顶），观察百分表读数，+Y方向：－0．12mm，－Y方向：+0．12mm。打紧上端轴固定螺栓。
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，以及对上端轴进行移轴处理后，数据检测得知机组水导摆度较修前大幅减小，且在标准范围之内，且水导及上导瓦温无明显增大，同时在2015年汛前检修中对转轮探伤检查未出现转轮裂纹及空蚀的现象，说明分析及处理得当，有效地解决了长期以来水导摆度超标的缺陷。本文对机组水导摆度超标问题的分析与处理方法，可为电站在同类问题出现时提供新的解决思路和方法，为解决水轮发电机组摆度过大缺陷问题提供了有益的参考。彻底解决了3号机上导摆度超标的问题。
参考文献：
[1]邓金荣．新安江电厂6号机组水导摆度偏大处理［J］．水电站机电技术，2017，40（4）：51－53．
[2]彭平平，邹士总，刘小锟.振摆在线监测在大型水轮发电机组故障分析中的应用[J].水电站机电技术，2015（5）：18-20.
论文作者:白浪
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/1
标签：磁极论文; 机组论文; 线圈论文; 水轮论文; 铁心论文; 不平衡论文; 转子论文; 《电力设备》2018年第16期论文;