大型抽水蓄能機(jī)組上導(dǎo)擺度異常分析研究

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(jī)組在一次轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地動(dòng)作后上導(dǎo)擺度突然變大，之后一直維持在較大的水平，上導(dǎo)擺度變大的原因可能是由于該次故障導(dǎo)致了上導(dǎo)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(jī)組安裝有TN8000水電機(jī)組狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)分析故障診斷系統(tǒng)，通過(guò)TN8000記錄保存的數(shù)據(jù)，對(duì)該機(jī)組一個(gè)季度內(nèi)的運(yùn)行情況進(jìn)行分析研究，主要從質(zhì)量不平衡、上導(dǎo)擺度趨勢(shì)、頻譜圖、軸心軌跡、瓦溫和軸線靜態(tài)彎曲等方面對(duì)抽水和發(fā)電兩種運(yùn)行工況分析研究上導(dǎo)擺度異常問(wèn)題，并給出檢修建議。

圖1 TN8000系統(tǒng)圖

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

TN8000水電機(jī)組狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)分析故障診斷系統(tǒng)是針對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)和水電站生產(chǎn)實(shí)際需要，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的新一代集成化和網(wǎng)絡(luò)化水電機(jī)組在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全方位的在線監(jiān)測(cè)、分析和診斷，及時(shí)掌握機(jī)組的健康狀況，優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行，指導(dǎo)機(jī)組檢修，為實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，TN8000系統(tǒng)圖如圖1所示，TN8000系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)布置及動(dòng)態(tài)顯示如圖2所示。

圖2 TN8000系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)布置及動(dòng)態(tài)顯示圖

2 上導(dǎo)擺度過(guò)大現(xiàn)象

抽水穩(wěn)定工況各擺度變化趨勢(shì)如圖3(a)所示，發(fā)電穩(wěn)定工況各擺度變化趨勢(shì)如圖4(a)所示，機(jī)組接地保護(hù)動(dòng)作后，機(jī)組在抽蓄和發(fā)電工況下均表現(xiàn)為上導(dǎo)擺度突然增大，下導(dǎo)擺度略有增大，水導(dǎo)擺度基本沒(méi)有變化。

上導(dǎo)擺度值一直比較大并呈現(xiàn)逐漸緩慢增長(zhǎng)的趨勢(shì)，主要增大成分為上導(dǎo)擺度轉(zhuǎn)頻幅值，上導(dǎo)擺度轉(zhuǎn)頻相位略有變化；抽水工況和發(fā)電工況上導(dǎo)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(jī)組在變轉(zhuǎn)速過(guò)程中，其振動(dòng)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(gè)變轉(zhuǎn)速過(guò)程中，大軸靜態(tài)彎曲引起的振動(dòng)擺度轉(zhuǎn)頻成分基本不變，質(zhì)量不平衡引起的振動(dòng)擺度轉(zhuǎn)頻成分則與轉(zhuǎn)速平方成正比；在機(jī)組低速運(yùn)行時(shí)，質(zhì)量不平衡不會(huì)引起振動(dòng)擺度，此時(shí)振動(dòng)擺度只是由大軸靜態(tài)彎曲引起。因此將機(jī)組停機(jī)過(guò)程中額定轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)擺度轉(zhuǎn)頻成分矢量數(shù)據(jù)減去低速運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)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(duì)機(jī)組振動(dòng)擺度的影響，指導(dǎo)機(jī)組動(dòng)平衡。

表1和表2為利用發(fā)電和抽水開(kāi)機(jī)過(guò)程振擺監(jiān)測(cè)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(dǎo)擺度明顯大于發(fā)電工況上導(dǎo)擺度。圖5上導(dǎo)擺度、下導(dǎo)擺度和上機(jī)架水平振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速變化趨勢(shì)。從表1和表2中可以看出，質(zhì)量不平衡對(duì)擺度和振動(dòng)影響較大，發(fā)電和抽水工況計(jì)算獲取的失重角位置基本接近，從圖5趨勢(shì)圖上可以看出，隨轉(zhuǎn)速升高，上導(dǎo)擺度和下導(dǎo)擺度迅速增大，上機(jī)架水平振動(dòng)也為增長(zhǎng)趨勢(shì)，初步推斷存在質(zhì)量不平衡。

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

表2 抽水開(kāi)機(jī)過(guò)程質(zhì)量不平衡對(duì)振動(dòng)擺度轉(zhuǎn)頻成分影響量化參數(shù)

圖5 開(kāi)機(jī)過(guò)程擺度振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速變化趨勢(shì)

3.2 擺度振動(dòng)波形頻譜軌跡分析

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

圖6 上導(dǎo)擺度、上機(jī)架水平振動(dòng)波形頻譜圖及軸心軌跡圖

3.3 瓦溫變化趨勢(shì)分析

上導(dǎo)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(dǎo)瓦擺度過(guò)大超過(guò)安裝間隙，也會(huì)導(dǎo)致上導(dǎo)瓦載荷增大，受力不均，引起軸瓦溫度偏高。由表3可知，上導(dǎo)軸瓦瓦溫最大偏差7.8℃，該偏差較大，初步推斷上導(dǎo)軸瓦間隙不均。

表3 發(fā)電穩(wěn)定工況上導(dǎo)瓦溫 ℃

3.4 軸線靜態(tài)彎曲分析

機(jī)組在停機(jī)過(guò)程中的低速運(yùn)行時(shí)的擺度數(shù)據(jù)不受勵(lì)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(guò)對(duì)機(jī)組停機(jī)過(guò)程中低速運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，即可計(jì)算獲取機(jī)組軸線靜態(tài)彎曲數(shù)據(jù)。

表4為機(jī)組在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)的擺度數(shù)據(jù)，表5為計(jì)算獲取的軸線彎曲參數(shù)?？梢?jiàn)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(diǎn)為0，逆機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)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(diǎn)為0，逆機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)方向增大。

4 檢修建議

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

(2) 機(jī)組存在質(zhì)量不平衡問(wèn)題，建議進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，采取措施將振動(dòng)擺度值降低至正常范圍。

(3) 加強(qiáng)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中的在線監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)振動(dòng)、擺度、壓力脈動(dòng)、空氣間隙、磁場(chǎng)強(qiáng)度等，定期分析機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決，保證機(jī)組在最優(yōu)狀態(tài)運(yùn)行。

[1] 馬建康.水輪發(fā)電機(jī)軸瓦溫度升高運(yùn)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(jī)上導(dǎo)擺度過(guò)大的處理措施[J].廣西電業(yè)，2007(90)：114-116.