李長寧，毛青海，陳自強(qiáng)

(陜西博能水電設(shè)備管理有限責(zé)任公司，陜西 漢中 723000)

1 電站概況

二郎壩水力發(fā)電公司二郎壩電站總裝機(jī)容量為3×2.5 MW，設(shè)計(jì)水頭60.9 m，額定轉(zhuǎn)速600 r/min，1999年初投產(chǎn)發(fā)電運(yùn)行。機(jī)組型號(hào):TF13-LJ-88，SF2500-10/2150，3 臺(tái)機(jī)組編號(hào)為5#、6#、7#水輪發(fā)電機(jī)組，1999年12月電站投產(chǎn)運(yùn)行發(fā)電。

2 項(xiàng)目主要內(nèi)容介紹

二郎壩電站機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電運(yùn)行后，5#機(jī)組運(yùn)行水平振動(dòng)超標(biāo)(水平振動(dòng)值為115 μm，垂直 40 μm，依據(jù) GB 8564—88《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》要求，額定轉(zhuǎn)速＞375 rpm，＜750 rpm的立式機(jī)組的水平振動(dòng)≤50 μm，垂直振動(dòng)≤30 μm)。在此后的幾年間，雖經(jīng)安裝單位、生產(chǎn)廠家多次對(duì)機(jī)組進(jìn)行過檢測和維修，但振動(dòng)指標(biāo)仍超出規(guī)范要求，為徹底消除這一安全隱患，電站對(duì)5#機(jī)組振動(dòng)成因從多個(gè)方面分析查找，并采取有效施工步驟和方法，消除了機(jī)組振動(dòng)超標(biāo)隱患。

3 項(xiàng)目實(shí)施過程

3.1 5#機(jī)組的穩(wěn)定性測試

試驗(yàn)設(shè)備采用多通道水輪發(fā)電機(jī)組測試采集分析儀，分別做了機(jī)組變轉(zhuǎn)速、變勵(lì)磁、變負(fù)荷等試驗(yàn)。

3.1.1 變轉(zhuǎn)速試驗(yàn)

主要分析機(jī)械因素(動(dòng)不平衡)對(duì)機(jī)組的影響。試驗(yàn)時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不加勵(lì)磁，機(jī)組以不同轉(zhuǎn)速運(yùn)行穩(wěn)定后，測量機(jī)組各部位的振動(dòng)、大軸擺度。變轉(zhuǎn)速試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 變轉(zhuǎn)速試驗(yàn)記錄表

3.1.2 變勵(lì)磁試驗(yàn)

機(jī)組以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，調(diào)整勵(lì)磁電流分別取發(fā)電機(jī)空載額定轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁電流的0～100%，實(shí)測勵(lì)磁電壓的變化，每工況穩(wěn)定運(yùn)行5 min，測量機(jī)組各部的振動(dòng)、大軸的擺度，主要分析電磁因素(磁不平衡)對(duì)機(jī)組的影響。變勵(lì)磁試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 變勵(lì)磁試驗(yàn)記錄

3.1.3 變負(fù)荷試驗(yàn)

機(jī)組從并網(wǎng)后空載運(yùn)行開始，負(fù)荷每增次加0.5 MW，逐步增加至額定水頭下最大負(fù)荷。每個(gè)工況下運(yùn)行5 min，測試機(jī)組的各部振動(dòng)和大軸擺度，此項(xiàng)試驗(yàn)主要是查明水力因素對(duì)機(jī)組穩(wěn)定性的影響。變負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 變負(fù)荷試驗(yàn)記錄表

3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

1)變轉(zhuǎn)速試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:機(jī)組上機(jī)架振動(dòng)幅值隨轉(zhuǎn)速變化明顯，振動(dòng)與機(jī)組的轉(zhuǎn)速平方比例關(guān)系明顯，機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分存在機(jī)械不平衡問題。

2)變勵(lì)磁試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:機(jī)組振動(dòng)隨勵(lì)磁電流的增加而明顯加大，且x，y方向的振動(dòng)大小基本一致。機(jī)組加100%電壓空轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，上機(jī)架水平 振動(dòng)達(dá)120 μm，與機(jī)組100%轉(zhuǎn)速空轉(zhuǎn)工況相比，上機(jī)架水平振動(dòng)增加了30～40 μm，但定子垂直振動(dòng)一直較小，無明顯變化，說明機(jī)組存在較大的磁拉力不平衡。

3)變負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，機(jī)組振動(dòng)、擺度隨負(fù)荷的變化有微小的變化，因此初步判定機(jī)組不存在不平衡水推力，水力因素對(duì)機(jī)組穩(wěn)定性影響較小。

3.3 針對(duì)振動(dòng)的成因，制定處理措施

1)機(jī)組振動(dòng)測試數(shù)據(jù)分析表明:動(dòng)不平衡和磁不平衡是機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)的主要原因，而機(jī)組不存在不平衡水推力，因此對(duì)于水輪機(jī)部分不必再做檢查處理。

2)針對(duì)動(dòng)不平衡問題，采取的措施是:對(duì)機(jī)組進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，通過配重，糾正發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分重心偏移問題，減小機(jī)組振動(dòng)和大軸擺度，從而改善機(jī)組動(dòng)平衡，提高機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性。

3.4 轉(zhuǎn)子匝間短路的處理

3.4.1 轉(zhuǎn)子線圈交流阻抗試驗(yàn)——匝間短路線圈的查找

采用PS180保護(hù)校驗(yàn)儀、萬用表、鉗形電流表，采用校驗(yàn)儀的恒流源給轉(zhuǎn)子各磁極加額定電流5 A，測試各磁極穩(wěn)定的端電壓，計(jì)算、對(duì)比、分析轉(zhuǎn)子各磁極線圈交流阻抗值。

3.4.2 交流阻抗試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析判斷

轉(zhuǎn)子交流阻抗測試表明:1#磁極線圈交流阻抗與其余9個(gè)磁極線圈中最大阻抗磁極相差19.5%(同匝數(shù)磁極阻抗相差≤5%)，因此判斷1#磁極存在穩(wěn)定性的匝間短路，同時(shí)發(fā)現(xiàn)線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，轉(zhuǎn)子繞組只用云母制成的襯墊作匝間絕緣，端部銅線的側(cè)面裸露著。

3.4.3 處理措施

1)對(duì)1#磁極應(yīng)用電流法查找短路部位并進(jìn)行處理。

2)對(duì)線圈設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理，采用加強(qiáng)絕緣的處理措施。磁極匝間絕緣處理，1#磁極短路線圈用聚酰亞胺薄膜隔離，加熱線圈灌注1 361絕緣漆，最后熱壓成形。對(duì)全部磁極用0.3 mm玻璃布包裹，進(jìn)行加強(qiáng)絕緣處理。

3)磁極復(fù)裝，用行車吊起磁極，用0.2 MPa壓縮空氣清掃磁極落入T型槽時(shí)，防止磁極接頭碰環(huán)。用1 000 V搖表測絕緣電阻應(yīng)≥5 MΩ，最后打緊磁極鍵。

4)磁極掛裝及轉(zhuǎn)子圓度、標(biāo)高測量調(diào)整環(huán)節(jié)嚴(yán)格控制在規(guī)范之內(nèi)。轉(zhuǎn)子圓度:測量部位應(yīng)有上、下2個(gè)部位，各半徑與平均半徑之差，不應(yīng)大于設(shè)計(jì)空氣間隙值的±5%。磁極標(biāo)高偏差≤±1.0 mm。

3.5 動(dòng)不平衡的處理

轉(zhuǎn)子及機(jī)組其它各部件回裝完畢后，進(jìn)入機(jī)組機(jī)械振動(dòng)處理階段，即通過配重改善機(jī)組動(dòng)平衡性能。機(jī)組經(jīng)多次配重試驗(yàn)后，最終在轉(zhuǎn)子上部兩個(gè)相鄰的風(fēng)扇上配重1.25 kg，轉(zhuǎn)子下端面配1.4 kg，機(jī)組的動(dòng)不平衡基本得以消除。

3.6 5#機(jī)組檢修結(jié)束后動(dòng)態(tài)試驗(yàn)及試運(yùn)行

5#機(jī)檢修結(jié)束后，對(duì)機(jī)組穩(wěn)定性工況進(jìn)行了測試，在72 h試運(yùn)行期間，機(jī)組擺度、振動(dòng)、軸承溫度等主要技術(shù)指標(biāo)符合規(guī)范。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。

表4 大修前后主要運(yùn)行技術(shù)指標(biāo) /μm

4 結(jié)語

本文詳細(xì)介紹了二郎壩電站5#機(jī)組振動(dòng)超標(biāo)重大隱患問題的檢修處理經(jīng)過，檢修后機(jī)組各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)均符合國家規(guī)范要求，運(yùn)行穩(wěn)定，檢修效果明顯，達(dá)到了預(yù)期的檢修目標(biāo)。

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