馬云鵬，王立芳

(浙江華科同安監(jiān)控技術(shù)有限公司，浙江桐鄉(xiāng) 314500)

0 引言

某大型抽水蓄能機組在一次轉(zhuǎn)子一點接地動作后上導擺度突然變大，之后一直維持在較大的水平，上導擺度變大的原因可能是由于該次故障導致了上導軸瓦間隙變大或者不均衡，或者轉(zhuǎn)子存在質(zhì)量平衡。該機組安裝有TN8000水電機組狀態(tài)在線監(jiān)測分析故障診斷系統(tǒng)，通過TN8000記錄保存的數(shù)據(jù)，對該機組一個季度內(nèi)的運行情況進行分析研究，主要從質(zhì)量不平衡、上導擺度趨勢、頻譜圖、軸心軌跡、瓦溫和軸線靜態(tài)彎曲等方面對抽水和發(fā)電兩種運行工況分析研究上導擺度異常問題，并給出檢修建議。

圖1 TN8000系統(tǒng)圖

1 TN8000水電機組狀態(tài)在線監(jiān)測分析故障診斷系統(tǒng)

TN8000水電機組狀態(tài)在線監(jiān)測分析故障診斷系統(tǒng)是針對水輪發(fā)電機組的特點和水電站生產(chǎn)實際需要，設(shè)計開發(fā)的新一代集成化和網(wǎng)絡(luò)化水電機組在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，可實現(xiàn)對水輪發(fā)電機組運行狀態(tài)進行全方位的在線監(jiān)測、分析和診斷，及時掌握機組的健康狀況，優(yōu)化機組運行，指導機組檢修，為實現(xiàn)狀態(tài)檢修提供堅實的技術(shù)基礎(chǔ)，TN8000系統(tǒng)圖如圖1所示，TN8000系統(tǒng)測點布置及動態(tài)顯示如圖2所示。

圖2 TN8000系統(tǒng)測點布置及動態(tài)顯示圖

2 上導擺度過大現(xiàn)象

抽水穩(wěn)定工況各擺度變化趨勢如圖3(a)所示，發(fā)電穩(wěn)定工況各擺度變化趨勢如圖4(a)所示，機組接地保護動作后，機組在抽蓄和發(fā)電工況下均表現(xiàn)為上導擺度突然增大，下導擺度略有增大，水導擺度基本沒有變化。

上導擺度值一直比較大并呈現(xiàn)逐漸緩慢增長的趨勢，主要增大成分為上導擺度轉(zhuǎn)頻幅值，上導擺度轉(zhuǎn)頻相位略有變化；抽水工況和發(fā)電工況上導擺度通頻/轉(zhuǎn)頻/相位變化分別如圖3(b)和圖4(b)所示。

圖3 抽水穩(wěn)定工況

圖4 發(fā)電穩(wěn)定工況

3 原因分析

3.1 質(zhì)量不平衡分析

機組在變轉(zhuǎn)速過程中，其振動擺度轉(zhuǎn)頻成分主要是由于質(zhì)量不平衡和大軸靜態(tài)彎曲綜合引起。在整個變轉(zhuǎn)速過程中，大軸靜態(tài)彎曲引起的振動擺度轉(zhuǎn)頻成分基本不變，質(zhì)量不平衡引起的振動擺度轉(zhuǎn)頻成分則與轉(zhuǎn)速平方成正比；在機組低速運行時，質(zhì)量不平衡不會引起振動擺度，此時振動擺度只是由大軸靜態(tài)彎曲引起。因此將機組停機過程中額定轉(zhuǎn)速下的振動擺度轉(zhuǎn)頻成分矢量數(shù)據(jù)減去低速運行時的振動擺度轉(zhuǎn)頻成分矢量數(shù)據(jù)，即可得到額定轉(zhuǎn)速下質(zhì)量不平衡對機組振動擺度的影響，指導機組動平衡。

表1和表2為利用發(fā)電和抽水開機過程振擺監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取的質(zhì)量不平衡量化數(shù)據(jù)，由表可知抽水工況上導擺度明顯大于發(fā)電工況上導擺度。圖5上導擺度、下導擺度和上機架水平振動隨轉(zhuǎn)速變化趨勢。從表1和表2中可以看出，質(zhì)量不平衡對擺度和振動影響較大，發(fā)電和抽水工況計算獲取的失重角位置基本接近，從圖5趨勢圖上可以看出，隨轉(zhuǎn)速升高，上導擺度和下導擺度迅速增大，上機架水平振動也為增長趨勢，初步推斷存在質(zhì)量不平衡。

表1 發(fā)電質(zhì)量不平衡對振動擺度轉(zhuǎn)頻成分影響量化參數(shù)

續(xù)表1 發(fā)電質(zhì)量不平衡對振動擺度轉(zhuǎn)頻成分影響量化參數(shù)

表2 抽水開機過程質(zhì)量不平衡對振動擺度轉(zhuǎn)頻成分影響量化參數(shù)

圖5 開機過程擺度振動隨轉(zhuǎn)速變化趨勢

3.2 擺度振動波形頻譜軌跡分析

上導擺度變大后，不論是抽水工況還是發(fā)電工況，上導擺度和上機架振動均以一倍頻為主，上導軸心軌跡近圓形，如圖6上導擺度、上機架水平振動波形頻譜圖及軸心軌跡圖所示，初步推斷上導瓦可能存在間隙過大問題。

圖6 上導擺度、上機架水平振動波形頻譜圖及軸心軌跡圖

3.3 瓦溫變化趨勢分析

上導軸瓦間隙不均勻，造成有的瓦受力偏大引起該瓦溫度偏高。上導瓦擺度過大超過安裝間隙，也會導致上導瓦載荷增大，受力不均，引起軸瓦溫度偏高。由表3可知，上導軸瓦瓦溫最大偏差7.8℃，該偏差較大，初步推斷上導軸瓦間隙不均。

表3 發(fā)電穩(wěn)定工況上導瓦溫 ℃

3.4 軸線靜態(tài)彎曲分析

機組在停機過程中的低速運行時的擺度數(shù)據(jù)不受勵磁、水力和質(zhì)量不平衡的影響，基本上反映大軸的原始軸線靜態(tài)彎曲。因此通過對機組停機過程中低速運行的數(shù)據(jù)進行特征提取，即可計算獲取機組軸線靜態(tài)彎曲數(shù)據(jù)。

表4為機組在低轉(zhuǎn)速下運行時的擺度數(shù)據(jù)，表5為計算獲取的軸線彎曲參數(shù)。可見大軸彎曲量為43 μm，非常小。因此軸線狀態(tài)良好。

表4 原始擺度值

備注：顯示格式為擺度值∠相位，單位為um，相位以鍵相點為0，逆機組轉(zhuǎn)動方向增大。

表5 軸線靜態(tài)彎曲參數(shù)

備注：彎曲角以鍵相點為0，逆機組轉(zhuǎn)動方向增大。

4 檢修建議

(1) 上導軸瓦和下導軸瓦間隙偏大，上導軸瓦間隙不均衡，建議檢查上導軸瓦和下導軸瓦間隙，按照標準將間隙調(diào)整到合理范圍。

(2) 機組存在質(zhì)量不平衡問題，建議進行動平衡試驗，采取措施將振動擺度值降低至正常范圍。

(3) 加強機組運行過程中的在線監(jiān)測，重點監(jiān)測振動、擺度、壓力脈動、空氣間隙、磁場強度等，定期分析機組的運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題及時解決，保證機組在最優(yōu)狀態(tài)運行。

[1] 馬建康.水輪發(fā)電機軸瓦溫度升高運行的原因與處理[J].水電與新能源，2013(112)：133-135.

[2] 陶息凡.水輪發(fā)電機上導擺度過大的處理措施[J].廣西電業(yè)，2007(90)：114-116.