大型抽水蓄能机组上导摆度异常分析研究

马云鹏，王立芳

(浙江华科同安监控技术有限公司，浙江桐乡 314500)

0 引言

某大型抽水蓄能机组在一次转子一点接地动作后上导摆度突然变大，之后一直维持在较大的水平，上导摆度变大的原因可能是由于该次故障导致了上导轴瓦间隙变大或者不均衡，或者转子存在质量平衡。该机组安装有TN8000水电机组状态在线监测分析故障诊断系统，通过TN8000记录保存的数据，对该机组一个季度内的运行情况进行分析研究，主要从质量不平衡、上导摆度趋势、频谱图、轴心轨迹、瓦温和轴线静态弯曲等方面对抽水和发电两种运行工况分析研究上导摆度异常问题，并给出检修建议。

图1 TN8000系统图

1 TN8000水电机组状态在线监测分析故障诊断系统

TN8000水电机组状态在线监测分析故障诊断系统是针对水轮发电机组的特点和水电站生产实际需要，设计开发的新一代集成化和网络化水电机组在线状态监测系统，可实现对水轮发电机组运行状态进行全方位的在线监测、分析和诊断，及时掌握机组的健康状况，优化机组运行，指导机组检修，为实现状态检修提供坚实的技术基础，TN8000系统图如图1所示，TN8000系统测点布置及动态显示如图2所示。

图2 TN8000系统测点布置及动态显示图

2 上导摆度过大现象

抽水稳定工况各摆度变化趋势如图3(a)所示，发电稳定工况各摆度变化趋势如图4(a)所示，机组接地保护动作后，机组在抽蓄和发电工况下均表现为上导摆度突然增大，下导摆度略有增大，水导摆度基本没有变化。

上导摆度值一直比较大并呈现逐渐缓慢增长的趋势，主要增大成分为上导摆度转频幅值，上导摆度转频相位略有变化；抽水工况和发电工况上导摆度通频/转频/相位变化分别如图3(b)和图4(b)所示。

图3 抽水稳定工况

图4 发电稳定工况

3 原因分析

3.1 质量不平衡分析

机组在变转速过程中，其振动摆度转频成分主要是由于质量不平衡和大轴静态弯曲综合引起。在整个变转速过程中，大轴静态弯曲引起的振动摆度转频成分基本不变，质量不平衡引起的振动摆度转频成分则与转速平方成正比；在机组低速运行时，质量不平衡不会引起振动摆度，此时振动摆度只是由大轴静态弯曲引起。因此将机组停机过程中额定转速下的振动摆度转频成分矢量数据减去低速运行时的振动摆度转频成分矢量数据，即可得到额定转速下质量不平衡对机组振动摆度的影响，指导机组动平衡。

表1和表2为利用发电和抽水开机过程振摆监测数据获取的质量不平衡量化数据，由表可知抽水工况上导摆度明显大于发电工况上导摆度。图5上导摆度、下导摆度和上机架水平振动随转速变化趋势。从表1和表2中可以看出，质量不平衡对摆度和振动影响较大，发电和抽水工况计算获取的失重角位置基本接近，从图5趋势图上可以看出，随转速升高，上导摆度和下导摆度迅速增大，上机架水平振动也为增长趋势，初步推断存在质量不平衡。

表1 发电质量不平衡对振动摆度转频成分影响量化参数

续表1 发电质量不平衡对振动摆度转频成分影响量化参数

表2 抽水开机过程质量不平衡对振动摆度转频成分影响量化参数

图5 开机过程摆度振动随转速变化趋势

3.2 摆度振动波形频谱轨迹分析

上导摆度变大后，不论是抽水工况还是发电工况，上导摆度和上机架振动均以一倍频为主，上导轴心轨迹近圆形，如图6上导摆度、上机架水平振动波形频谱图及轴心轨迹图所示，初步推断上导瓦可能存在间隙过大问题。

图6 上导摆度、上机架水平振动波形频谱图及轴心轨迹图

3.3 瓦温变化趋势分析

上导轴瓦间隙不均匀，造成有的瓦受力偏大引起该瓦温度偏高。上导瓦摆度过大超过安装间隙，也会导致上导瓦载荷增大，受力不均，引起轴瓦温度偏高。由表3可知，上导轴瓦瓦温最大偏差7.8℃，该偏差较大，初步推断上导轴瓦间隙不均。

表3 发电稳定工况上导瓦温 ℃

3.4 轴线静态弯曲分析

机组在停机过程中的低速运行时的摆度数据不受励磁、水力和质量不平衡的影响，基本上反映大轴的原始轴线静态弯曲。因此通过对机组停机过程中低速运行的数据进行特征提取，即可计算获取机组轴线静态弯曲数据。

表4为机组在低转速下运行时的摆度数据，表5为计算获取的轴线弯曲参数。可见大轴弯曲量为43 μm，非常小。因此轴线状态良好。

表4 原始摆度值

备注：显示格式为摆度值∠相位，单位为um，相位以键相点为0，逆机组转动方向增大。

表5 轴线静态弯曲参数

备注：弯曲角以键相点为0，逆机组转动方向增大。

4 检修建议

(1) 上导轴瓦和下导轴瓦间隙偏大，上导轴瓦间隙不均衡，建议检查上导轴瓦和下导轴瓦间隙，按照标准将间隙调整到合理范围。

(2) 机组存在质量不平衡问题，建议进行动平衡试验，采取措施将振动摆度值降低至正常范围。

(3) 加强机组运行过程中的在线监测，重点监测振动、摆度、压力脉动、空气间隙、磁场强度等，定期分析机组的运行状态，发现问题及时解决，保证机组在最优状态运行。

[1] 马建康.水轮发电机轴瓦温度升高运行的原因与处理[J].水电与新能源，2013(112)：133-135.

[2] 陶息凡.水轮发电机上导摆度过大的处理措施[J].广西电业，2007(90)：114-116.