()文章编号:10007709201303013904---水 电 能 源 科 学
WaterResourcesandPower Vol.31No.3
Mar.2013
枫树坝水电厂#1机组振动故障分析与处理
李 玺1,刘志国2,姚 泽1,黄青松1,徐广文1
()1.广东电网公司电力科学研究院,广东广州510080;2.青岛市职业教育公共实训基地,山东青岛266112摘要:针对枫树坝水电厂#1机组上机架水平振动异常偏大的问题,分析了导致机组振动故障的原因,采用影响系数法对机组进行了动平衡配重试验,将机组上机架振动降至理想水平,有效地降低了机械及电磁力不平衡的影响,并通过稳定性试验验证了机组在带负荷工况下运行良好,振动值保持在较低范围内。关键词:水轮发电机;振动;动平衡;枫树坝水电厂中图分类号:TM312
文献标志码:A
广东粤电枫树坝水电厂位于广东省河源市龙
川县境内东江上游,总装机容量2×8机组0MW,结构型式为立式悬为原天津发电设备总厂生产,
挂式机组,设有推力轴承、上导轴承及水导轴承,至今已运行30余年。由于水轮机转轮空蚀较严重,叶片翼型经多次补焊变形较大,效率明显下降。为解决设备存在的问题,提高机组的效率与
#
于2出力,004年6月、2009年4月相继对#1、2
试验采用两套仪器,一套为德国申克公司生产的V配有一ibroTest60型便携式振动测试仪,个光电键相传感器和两个AS065型低频加速度
用于测量上机架+x、传感器,+y方向的水平振动及上导+x、+y方向摆度来进行动平衡试验;另一套为采用美国DAQ公司生产的高速数据采集仪的水机综合试验系统,配有广州精信公司生产的电涡流位移传感器及丹麦B&K公司生产的用于全面测量机组4370型超低频加速度传感器,
各部位的摆度和振动。
将机组开启并逐渐升速至额定转速,待转速稳定后读取测量数据。表1为DAQ、Vi-图1为DbroTest60系统振动测试数据,AQ系统测试出的额定转速下上机架+x方向水平振动及上导摆度+x方向频谱分析图。其中,DAQ系统
表1 空转工况下DAVibroTest60系统测试数据Q、
Tab.1 TestdataofDAandVibroTest60sstem Qy
underidlecondition
测试系统DAQ
测试部位上机架水平振动上机架垂直振动上导摆度法兰摆度水导摆度
VibroTest60上机架振动+x
上机架振动-y 上导摆度+x 上导摆度-y
通频峰峰转频峰转频相
//()峰值位角值/mm°μμ102.0 35.7 123.4 333.1 108.8
46.524.1102.1226.363.238.7 37.1 105.4 99.7
265.0350.0304.036.0
机组完成了增容改造,改造完成后#1机组参数如、下:水轮机型号为HL设计水头835aLJ410--3/、额定水头6额定流量169.1m、1.0m、60.7ms额定出力8最高水头7最大出力8MW、7.0m、最低水头4最小出力6102.0MW、9.0m、2.8
/额定转速1发电机型号为36.4rmin、MW、
/SF100448510。为深刻吸取萨扬事故的惨痛教-1]
,并根据国家电力监管委员会发文要求[广东训,
电网公司电力科学研究院于2011年初对#1机组试验进行了超低水头43.45m下的振动区试验,时发现,由于长期运行,机组上机架水平振动较机组刚增容改造后投产时有所增大。为保证真实地本文在2反映机组的振动区,012年3月做63.27进行了机组动平衡配重m水头的振动区试验前,
试验,以降低机组振动、提高运行稳定性。
1 机组振动故障分析
为进一步了解机组振动大的原因,消除事故隐患,确保机组能够安全稳定运行,全面地测试了机组在额定转速下各部位的振动和摆度状况,根据不同工况下工频值和频谱图分析振动原因,再确定最终的动平衡试验方案。
,收稿日期:修回日期:2012071620120907----键相光标贴在#1轴号偏向#2轴号方向约5处,°VibroTest60系统键相光标贴在#8轴号偏向#1
轴号方向约1处;相位角为沿机组俯视逆时针8°方向,即与机组旋转方向相反。由表1、图1可看
,:作者简介:李玺(男,工程师,研究方向为水轮发电机组状态检修与故障诊断,1984Eaillilixi521763.com-)-m@1
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水 电 能 源 科 学 2013年
角比空转时略有减小,说明加上励磁后,受电磁力的影响,电磁不平衡与机械不平衡相叠加,加重了机组不平衡的程度。
通过以上分析,选择以空载工况下的振动值为依据进行动平衡配重试验。
2 空载工况下动平衡配重试验
2.1 机组试配重
根据现场实际情况,试配重块的重量为30.1,位置定于键相光标贴迎着旋转方向3处,k42°g
即#8轴号对应轮臂偏向#7轴号方向的位置。试配重后,机组再次开至空转及空载工况进行测试,VibroTest60和DAQ系统的测试数据见表3、4。由表3、机组振动有所下降,摆度略有4可看出,增大。
表3 试配重后空转、空载工况下DAQ系统测试数据Tab.3 TestdataofDAsstemunderidleandnoload -Qy
conditionsaftertestincounterweiht gg
空转工况
测试部位上机架水平振动上机架垂直振动
上导摆度法兰摆度
通频峰
峰值/mμ89.4 39.0 112.7 251.6 95.2
转频峰
峰值/mμ31.5 19.0 96.1 206.2 69.3
空载工况通频峰
峰值/mμ94.4 34.4 116.6 345.8 112.7
转频峰
峰值/mμ37.220.1102.1227.361.6
图1 额定转速下上机架水平振动与上导摆度频谱图
Fi.1 Sectrumofhorizontalvibrationofuerbracket gppp
andueruidebearinswinatratedseed ppgggp
水导摆度
出:其他倍频振幅①机组转频分量出现明显高峰,较小,在开机过程中转频分量幅值随转速的增大
2]
。而增大,可判定该机组存在明显的质量不平衡[
表4 试配重后空转、空载工况下VibroTest60测试数据
Tab.4 TestdataofVibroTest60sstemunderidleand y
noloadconditionsaftertestincounterweiht- gg 空转工况
测试部位
转频峰
峰值/mμ26.4 93.1 97.0
转频相位
()角/°292.0 16.0 36.0 313.0
空载工况转频峰
峰值/mμ32.1 29.8 105.0 108.8
转频相位
()角/°271.0353.033.0306.0
严重02.0μm,②上机架水平振动通频峰峰值为1
超出了国家标准规定的小于等于90μm的要
3,4]
,同时存在一条4~1这主求[1Hz的频率带,
上机架振动+x 29.7 上机架振动-y 上导摆度+x 上导摆度-y
要是由于机组严重偏离最优工况,从而存在水流进口冲角,受水力不稳定因素影响导致振动值变大。
在空载状态下投入励磁使机组进入空载工况,再次进行测量,得到测试数据见表2。由表可看出,加上励磁后,上机架振动值明显增大,相位
表2 空载工况下DAVibroTest60系统测试数据Q、Tab.2 TestdataofDAandVibroTest60sstemunder Qy
loadconditionno-
()值/m峰值/m位角/°μμ上机架水平振动1DAQ09.855.4 上机架垂直振动42.423.7 上导摆度122.499.9 法兰摆度375.972.7 2水导摆度118.567.0
VibroTest60上机架振动+x 50.3249.0
上机架振动-y48.9332.0 上导摆度+x 99.129.0 上导摆度-y108.8298.0 测试系统
测试部位
通频峰峰
转频峰
转频相
2.2 机组最终配重
根据试配重结果并结合配重前的数据得到影
5,6]
响系数,通过幅相影响系数法[得出最终的配
重方案。由于本台机组轴号与轮臂号位置是一一因此最终加重位置定于#1轮臂朝对应关系,
,向#2轮臂一侧加配重4试配重加的34.0k0.1g根据矢kg重块改加在#8轮臂朝向#1轮臂一侧,
,合成的配重质量为6合成的相位量计算,8.2kg。机组最终加配重示意图见图2。角为11.813°
最终配重后将机组重新开至空转和空载工况进行测试,表5、6为测试数据。由表5、6可看出,与试配重数据相比,空载工况下上机架振动+x方向的转频峰峰值由配重前的50.3μm降至2.2
m、-y方向的转频峰峰值由48.9μm降至4.0μ
第31卷第3期李 玺等:枫树坝水电厂#1机组振动故障分析与处理·141·
图2 机组最终加配重示意图
Fi.2 Schematicdiaramoffinalcounterweihtedunit ggg表5 最终配重后空转、空载工况下DAQ系统测试数据Tab.5 TestdataofDAsstemunderidleandnoload -Qy
afterfinalcounterweihtconditions g
空转工况
测试部位上机架水平振动上机架垂直振动
上导摆度法兰摆度水导摆度
通频峰峰值/mμ59.6 30.2 106.8 269.0 105.9
转频峰
峰值/mμ14.4 15.8 77.7 244.3 93.8
空载工况通频峰
峰值/mμ46.4 26.4 92.3 311.8 119.5
转频峰
峰值/mμ5.016.572.5282.897.6
图3 机组振动和摆度随负荷变化趋势Fi.3 Variationtendencofvibrationandshaft gy
ofunitwithdifferentloadsswin g
为带负荷工况下稳定性试验的摆度及振动测试数据。由表7、图3可看出:0MW以下①负荷在4这主要是由于这些工况严重的工况振动值较大,
偏离了高效工况区,存在水流进口冲角和尾水管涡带,机组受水力不稳定因素及涡带振动影响导振动值明显致振动偏大。负荷超过40MW后,减小并逐渐趋于平稳。②上导和水导摆度值均保持在较低的平稳状态,负荷超过40MW后法兰且法兰摆度值较上导摆度和水导摆度略有减小,
7]
,这主要是由于机组法兰为两轴相和水导要大[
表6 最终配重后空转、空载工况下VibroTest60测试数据
Tab.6 TestdataofVibroTest60sstemunderidleand y
noloadconditionsafterfinalcounterweiht- g
空转工况
测试部位
转频峰
峰值/mμ12.2 77.6 81.6
转频相位
()角/°10.0 92.0 70.0 338.0
空载工况转频峰
峰值/mμ2.2 4.0 72.5 77.9
转频相位
()角/°93.0217.077.0340.0
上机架振动+x 15.0 上机架振动-y 上导摆度+x 上导摆度-y
上导摆度也减小了很多。从最终配重结果m,μ
看,动平衡试验取得了非常明显的效果,有效地解决了#1机组因机械不平衡及电磁不平衡所引起的振动偏大问题,增加了机组运行的稳定性,确保了后续试验工作的顺利进行。
接处,并无导轴承的约束。
综上可知,受水力因素的影响#1机组振动随负荷的增加而明显减小,经动平衡配重试验后,机组在高负荷区内可安全稳定长期的运行。
3 带负荷工况下的稳定性试验
为验证动平衡配重后机组的运行效果,进行了带负荷工况下的稳定性试验。表7、图3分别
表7 带负荷工况下DAQ系统测试数据Tab.7 TestdataofDAsstemunderonloadcondition - Qy
负荷/MW
上导通频
转频
/摆度mμ
法兰通频
转频
水导通频
转频
/上机架振动mμ
水平垂直通频
转频
通频转频
4 结语
通过采用幅相影响系数法进行现场动平衡配重试验,有效地降低了机组转动部件的质量不平使机组上机架振动值衡及电磁力不平衡的影响,
降到了理想水平,从而确保了机组的稳定运行和后续工作的顺利进行。这为类似问题的处理提供了一定的参考依据。参考文献:
[]关于吸取俄罗斯萨扬水电站1 国家电力监管委员会.
事故教训进一步加强水电站安全监督管理的意见[/:////EBOL].httwenku.baidu.comviewf3721p,e1cb736064c2e3f648e.html20111022.--[]黄青松,徐广文,等.枫树坝电厂增容改造后2 姚泽,
]:机组振动故障处理[水电能源科学,J.2010,28(2)137140.-1024.3262.91364.22279.76135.0090.318.09.316.6412.47 1 5 6 3 2013.6481.56365.19277.51131.1288.131.59.662.4314.64 1 6 9 4 3024.3286.25355.48273.01130.1583.790.42.450.3410.94 1 6 9 4 3525.2985.26352.56206.60126.2684.707.89.418.789.65 1 5 9 3 4020.4390.94314.69265.95112.6780.649.2410.687.368.47 1 3 2 4519.4693.22305.94270.53105.8782.405.7410.136.878.14 1 3 2 5018.4995.19302.06220.97102.9582.692.2510.170.437.25 1 3 2 5518.0595.32304.97271.90106.8469.874.77.303.417.69 1 3 7 2 6015.5895.51302.06279.10103.9588.772.25.810.307.98 1 3 7 2 7016.5596.16304.00274.288.1087.687.93.412.739.54 1 9 2 9 1 13.6493.35305.94241.28102.9571.744.2811.640.789.3780 1 2 1 8611.6990.32319.02301.31108.7898.477.9713.115.088.78 1 2 1
(下转第68页)
·68·
水 电 能 源 科 学 2013年
数字特征进行分析计算,而无需先检验样本的概率分布。同时,云模型也考虑了在坝体水平位移出现异常值时大坝出现险情的确定度大小,实现了定性定量之间的相互转化。此外,通过云模型计算得到的监控指标更精确,上下限的警戒值均比典型小概率法拟定的监控指标精度提高了约1能更准确地反映大坝坝顶水平位移的变化mm,
情况。由此可知,利用正、逆向云发生器算法建立准确的,比传统的云模型来拟定监控指标是合理、方法更具有科学性和客观性。
实例应用结果表明,利用云模型拟定大坝安全监控指标优于传统方法,可将该模型应用于工程实践中。参考文献:
[]水工建筑物安全监控理论及其应用[北1M]. 吴中如.
京:高等教育出版社,2003.
[]]基于高边坡位移突变的安全监控模型[2J. 牛景太.
():南水北调与水利科技,2012,1058487,92.-[],,3iDeiLiuChanuGan Wenan.A NewConi L -ygyyg
:[]tiveModelCloudModelJ.InternationalJournalof ,():IntellientSstems2009,243357375. -gy
[]]知识表示中的不确定性[中国工程科学,4J. 李德毅.
():2000,2107379.-[]杜鹢.不确定性人工智能[北京:国防工5M]. 李德毅,
业出版社,2005.
5 结语
云模型同时考虑了监测异常值的随机不确定简单方便地实现了定量—定性—定性和模糊性,
合理准确地给出了大坝安全监控指标。量的转换,
,,
,,
,,
AlicationofCloudModelinDetermininDamSafetMonitorinIndex ppgyg
123123123123123
ZHU KaiQINDonWANGLeiLIUJinanZHANGFenshan , , g,gyg,g
,,
,,
(,H,,;1.StateKeLaboratorofHdroloaterResourcesandHdraulicEnineerinohaiUniversitNanin210098China -W yyygyyggyjg ,H,2.NationalEnineerinResearchCenterofWaterResourcesEfficientUtilizationandEnineerinSafetohaiUniversit ggggyy ,;,H,,)Nanin210098China3.ColleeofWaterConservancandHdroowerohaiUniversitNanin210098China jggyypyjg :,AbstractConsiderinthelimitationsofthetraditionalmethodsindeterminindamsafetmonitorinindexonthe ggyg ,basisofanalzinoriinalmonitorindatasthisarticlemakesuseofthebackwardandforwardcloudmodelcalculatin ygggg thediitalcharacteristicvaluesoforiinalmonitorindatasandrealizinthetotoconuantitativeualitativeuantitative -ggggqqq ,versiontodeterminethesafetmonitorinindex.Takinacertainconcreteravitdamforanexamlethesafetmoni -ygggypy torinindexofthedamcresthorizontaldislacementofthedamsection#9isdeterminedanditmakescomarisonswith gpp robabilitrovestheticalsmallmethod.Theresultsthesuerioritofthecloudmodelindeterminthesafetmonito -pypyppygy rinindex.g
:;;Kewordsdam;safetmonitorinindexcloudmodeldiitalcharacteristics yggy
櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀(上接第141页)
[]中国水电昆明勘测设3 哈尔滨电机厂有限责任公司,
计研究院,东方电机股份有限公司,等.水轮机基本/)[]技术条件(北京:中国标准出GBT154682006S.-版社,2006.
[]中国水利水电建设集4 哈尔滨电机厂有限责任公司,
团公司,中国水电顾问集团华东勘测设计研究院,/等.水轮发电机基本技术条件(GBT78942009)-[]北京:中国标准出版社,S.2010.
[]郭芸,黄青松,等.高转速水轮发电机组振动5 姚泽,
]故障分析与动平衡优化处理[大电机技术,J.2010():63336.-[]姚大坤,胡建文.动平衡消除水轮发电机振6 刘保生,
]():动故障[大电机技术,J.2005358.-[]7 广东电网公司电力科学研究院.广东粤电枫树坝发
电公司1号机组63.27m毛水头振动区实测试验报告[广州:广东电网公司电力科学研究院,R].2012.
VibrationFaultAnalsisandProcessinof#1UnitofFenshubaHdroowerStation yggyp
12111
,,LIXiLIUZhiuoYAOZeHUANG QinsonXU Guanwen , ggg,g
(,;1.ElectricPowerResearchInstituteofGuandonPowerGridCororationGuanzhou510080,China ggpg
,Q)2.QindaoCitOccuationEducationTraininBaseindao266112,China gypgg :A,Abstractiminatthelarehorizontalvibrationofuerbracketfor#1unitofFenshubahdroowerstationthe ggppgyp causeofvibrationfaultwasanalzed.Thednamicbalancetestoftheunitwasimlementedbusininfluencincoeffi -yypygg cientmethod.Thevibrationofuerbracketdecreasedsnchronousl.Theinfluenceofmechanicalandelectromanetic ppyygforcewassolvedeffectivel.Anditwasverifiedthattheunitisinstableoerationattheconditionsofincreasinload ypg throuhstabilitexeriments.Thevibrationmaintainedatavaluewithinthelowerrane. gypg
:;;;KewordshdrauliceneratorvibrationdnamicbalanceFenshubahdroowerstation ygygypy
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