水轮发电机组运行中剧烈振动故障诊断及处理.doc

水轮发电机组运行中剧烈振动故障诊断及处理
汪文波，赵鸿
（甘肃电投河西水电开发有限责任公司，甘肃张掖734000）

摘要：在龙首一级水电站4#水轮发电机组的运行中，经常出现剧烈振动，对该故障进行多次诊断和处理后，最终找到故障原因是轴系产生了自激振动，而主轴的刚度是引起自激振动的内因，水力是诱发自激振动的外因。同时，提供了故障处理方法，并在实际使用中能有效的解决水轮发电机组运行中剧烈振动的问题。
关键词：水轮发电机组；剧烈振动；分析处理
1.电站概况
龙首一级水电站工程位于甘肃省张掖市西南30km黑河干流上，电站总库容1320×104m3，属日调节水库。极端最高气温38℃，极端最低气温-33℃，电站海拔高度1700m，地震基本烈度Ⅷ度，多年平均含沙量1.4kg/m3。电站装机总容量59KW，共四台混流式水轮发电机组，单机容量为15MW（1#～3#机组）和7MW（0#、4#机组），年发电量1.836亿KW·h。
龙首一级水电站4#水轮发电机组由HL(L2561267)-LJ-125型混流式水轮机（主要参数见表1）与SF-J7000-12/3250型悬吊式发电机（主要参数见表2）组成，立轴悬垂式三相交流凸极式同步发电机和水轮机主轴采用摩擦——剪切刚性联轴，整个水轮发电机组为三支点布置形式。同时，该机组采用了许多国外先进的技术，主要如下：
（1）导叶摩擦装置；
（2）主轴径向不接触间隙式密封装置；
（3）转轮泵板结构；
（4）水导的自循环筒式稀油润滑抛物线瓦面轴承；
（5）克瓦纳能源公司的“X”型叶片转轮。
整个水电站的全厂布置由国家电力公司贵阳勘测设计研究院和甘肃省水利水电勘测设计研究院联合设计，北京安能工程监理咨询有限公司监理，克瓦纳（杭州）发电有限公司制造水轮发电机组，中国水利水电第三工程局安装公司施工。
表1HL(L2561267)-LJ-125型混流式水轮机主要参数
最大水头
Hmax额定水头
Hr最小水头
Hmin额定功率
Pr额定流量额定转速
nr飞逸转速
np允许吸出高度62m56.5m45.4m7.368MW14.3m3/s500r/min930r/min－1.9m
表2SF-J7000-12/3250型悬吊式发电机主要参数
额定功率额定电压额定电流额定功率因数额定励磁电压额定励磁电流7000KW10500V452.8A0.85（滞后）132.4V474.5A2．机组振动的故障诊断
2.1机组第一次振动故障诊断
3台大机于2001年6月陆续发电后，一直运行稳定，4#机于2001年7月5日手动开机时状况良好，7月11日开始进行带负荷运行时，机组伴有轻微振动。表3为机组带6.28MW试运行时的相关数据：
表3机组运行时的实测数据（负荷6.28MW）
项目实测值顶盖压力0.26Mpa上端罩水平振动0.06mm垂直振动0.01mm上导摆度0.16mm水导摆度0.12mm上导瓦温41.1℃下导瓦温55.0℃推力瓦温31.5℃水导瓦温38.5℃
但机组在试运行一星期以后，发现众多不稳定因素，且机组一直无法稳定运行。在4#机组运行过程中，下机架基础松动，控制环振动强烈，上盖板振动剧烈，且在锥管进人门旁能听到尖锐的声响，机组的振动及摆度逐日上升，已经无法继续运行发电。7月26日机组停机后，进行全面检查，发现众多问题：
（1）底环抗磨环与连接螺栓M12x30在第二象限内有16只发生断裂，20多个螺栓松动。
（2）由于螺栓松动、断裂引起抗磨环上浮，从而导致活动导叶端面间隙变小，发生导叶臂错位现象。
（3）下机架基础板与坐浆埋板之间的焊缝出现裂纹，且地脚螺栓螺母出现松动。
（4）水导轴承内的支撑架螺栓部分松动。
（5）下导瓦总间隙变大约0.45mm。
水轮发电机组出现振动一般可有机械、水力、电气这三方面的因素[1]。因为4#机组在试运行试验和72小时试运行时的此段期间，各种运行试验数据及运行工况与1#～3#机组相似，机组运行正常，只是在短期运行时才暴露出各种缺点，并且状况愈演愈烈，直至无法运行，因此基本可以排除电气方面的因素。在水头高、低幅度变化时分别作开机试验，发现振动依旧，这说明水头的高低也不是影响因素。机组的活动导叶为24个，固定导叶为12个，转轮的独特泵板结构为国内首创，但也为12个，虽然1#～3#机组运行状况良好，但转速的不同（大机为333.3r/min，小机为500r/min）也可能产生水力共振的现象，同时控制环振动强烈和水导摆度增大，说明其它水力因素暂时无法排除。机械方面引起机组剧烈振动的因素较多，主要集中在转动间隙不均匀，但经过实际检测，证明转轮的转动间隙在国标要求之内。因此产生振动的原因可能是由于导轴承间隙发生了改变，一段时期运行后，从而引起主轴摆度增大，同时引发了机组振动数值的加大，直至发生转轮撞击底环的情况[2]。