水轮发电机组振动增大运行管理

水轮发电机组振动增大运行管理
作者：白桦曾伟
来源：《中国科技博览》2015年第09期
[摘要]检修后的水轮发电机组，通过盘车、配重或是加装补气装置等措施，确保了水轮发电机组在投运之初，机组振动等各项指标符合技术规范要求。

随着时间的推移，机组运行工况复杂多变，致使机组振动增大。

运维部门制定出科学有效的管理办法，现场值守人员采取正确、及时的处理方法，就能够避免机组运行工况恶化，振动、摆度突增，甚至造成事故非计划停运的严重后果。

[关键词]水轮发电机组；振动；管理办法；处理方法
中图分类号：TV734 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）09-0022-01
1、引言
龚嘴电站地处大渡河下游片区，装有7台10万千瓦的混流式水轮发电机组，水轮发电机组由东方电机有限公司制造，1971年12月首台机组发电，1978年12月全部建成投产。

2004年12月两站现场运行管理实现“无人值班（少人值守）”模式。

2002年至2012年，历经10年机组增容改造，单机容量扩容至11万千瓦，总装机容量扩容至77万千瓦，创造了可观经济效益的同时，也出现了机组振动、摆度增大等一些疑难问题。

进入汛期后，受入库流量大，水质泥沙含量重、机组水头变化快和机组负荷调整频繁等因素的共同作用，机组振动明显增大，为此，运维生技等部门制定出了科学有效的管理办法，现场值守人员掌握了正确得当的处理方法，确保了机组的安全运行。

1.1 龚嘴水电站4号水轮发电机组摆度变化趋势
由以上数据图可知，摆度测量基本在91MW至111MW负荷时进行，4F机组水导摆度最小值0.1mm、最大值0.2mm（水导X、Y方向），摆度数据主要分布在0.12mm至0.16mm的区间，水导摆度平均值0.15mm；主励摆度最小值0.55mm、最大值0.75mm（主励X方向；当时工况负荷为107MW，开度62.92%），摆度数据主要分布在0.65mm到0.70mm的区间，主励摆度平均值0.65mm。

4F机组主励摆度多次大于正常值（负荷为90MW～110MW，开度为52～94%区间）如图1所示。

由以上数据分析可以看出，4F机组在空载状态下水导和主励摆度均多次出现较正常值偏大的情况。

1.3 龚嘴电站机组《水轮发电机组运行规程》机组各部振动、摆度规定允许值：水导油槽处摆度要求不大于0.25mm，励磁机处摆度要求不大于0.7mm。

2、水轮发电机组振动的危害
（1）引起机组零部件金属结构和焊缝中疲劳破坏区的形成和扩大，从而使之发生裂纹，甚至断裂损坏而报废。

（2）使机组各部位紧固连接部件松动，不仅会导致这些紧固部件本身的断裂，而且加剧了被其连接部件的振动，促使他们迅速破坏。

如机组机架地脚螺栓松动，造成全部轴瓦烧毁，迷宫环磨损。

（3）加速机组转动部件的相互摩擦。

如大轴的剧烈摆动，可使轴和轴瓦的温度升高，使轴承烧毁；发电机转子的过大振动，会增加滑环与电刷的磨损程度，并使电刷冒火花；
（4）尾水管中的水流脉动压力，引起蜗列噪声，使过水系统反生振动，机组出力摆动，还可使尾水管壁产生裂纹，严重时可使尾水管内壁钢板剥落。

（5）共振引起的后果更为严重。

当尾水管中的水流脉动频率与发电机及电力系统的自振频率接近时，负荷的微小变化所产生的共振，可能引起发电机出力的极大波动和电力系统的大幅度振荡，因而可使机组从系统中解列；当卡门涡列的振动频率等于或接近叶片固有频率时会发生共振，将产生严重的噪声并使叶片产生疲劳断裂。

（6）由于不少机组均有一个明显的振动区（一般为额定负荷的30%～70%），为保证机组的安全，应避开振动区运行，这就给机组之间和系统电站之间负荷的合理分配造成困难，因而不利于水电站和系统的经济运行。

3、水轮发电机组振动超标的原因和处理方法
水轮发电机组振动是由水力、机械、电气三者干扰力共同作用产生的。

对于现场值守人员来说，机组的振动（包括摆度）、压力脉动、机组内部不正常的音响（噪声、异常声）、轴瓦温度等都是机组振动的表现形式，现场值守人员第一时间掌握这些数据的变化，对正确处理机组振动增大，避免机组运行工况恶化，摆度突增，确保机组安全、稳定和经济运行，具有重要的指导作用。

水轮发电机组振动超标具体处理方法：
（1）当发现机组振动、摆度增大后，人工用百分表测量机组发导（或主励）、水导等处摆度，结合振摆在线检测装置机组各部摆度变化趋势图，确认摆度确实上升。

（2）全面检查机组，进入风洞等危险区域，必须佩戴防毒面具，且两人进行，加强安全互保，短时进入机组顶盖检查，必须将调速器切“机手动”控制，且检查过程中不得调整负荷。

发现以下任一现象出现异常，立即申请停机处理。

a、查看监控系统中三部轴承（发导、推力、水导轴承）温度是否上升；
b、检查机组过流部件连接部分有无松动、脱落；
c、检查机组发导瓦架、螺栓、锁钉等有无、磨损、松动、脱落；
d、检查机组剪断销有无剪断；
e、检查机组顶盖组合缝有无泄漏；
f、检查机组定、转子线棒外观有无磨损、短路。

（3）调整机组运行工况（负荷或水头），检查摆度是否降低，如果没有降低则监视运行，摆度超标，申请停机处理。

（4）当出现由摆度增大引起的其它异常现象，则按照现场规程相关规定处理。

4、水轮发电机组摆度增大的管理办法
（1）设备缺陷及时整治，治必彻底，消除事故隐患；
（2）对振动增大可能产生的后果，开展必要的事故预想和反事故演习；
（3）采用新技术新设备，加强对机组振动（瓦温、噪声、压力脉动等）的监测力度；
（4）完善机组自动保护装置，确保机组摆度增大后，自动保护装置能正常动作，不致使事故进一步扩大；
（5）健全完善现场技术规程，并严格执行，确保机组运行在最佳工况；
（6）加强现场运维人员培训，提高现场管理人员的业务素质和责任心。

5、结束语
水轮发电机组的振动是普遍存在的、不可能完全避免和消除的现象。

水轮发电机组的振动不但有设计和制造方面的原因，还有安装、检修及运行等方面的原因。

当摆度超过规定的允许值时，便会影响机组的供电质量、安全运行和机组的寿命，重者还会造成设备损坏和人身伤亡的严重后果。

因此，运行中对振动原因及时进行监测和故障诊断，及时采取措施把振动尽量减小，使机组振动值限制在允许的范围内。

减小振动，需要生技等部门对检修试验数据、检修质量严格把关；需要调度部门严格调令，避免机组进入或邻近振动区运行；需要运维部门对设备分析严谨求实，对设备缺陷持续跟进；更需要现场值守人员对振动变化高度关注，发现险情临危不乱，果断处理。