陳泓宇，何少潤

（1.清遠蓄能發(fā)電有限公司，廣東 清遠 511853; 2.調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司，廣東 廣州 510640）

清遠抽水蓄能電站機組動平衡試驗綜述

陳泓宇1，何少潤2

（1.清遠蓄能發(fā)電有限公司，廣東 清遠 511853; 2.調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司，廣東 廣州 510640）

動平衡試驗是新機組啟動試驗的一項重要內(nèi)容，通過在發(fā)電機轉(zhuǎn)子上配重的方法來減小其轉(zhuǎn)動部件動不平衡引起的振動，使機組結(jié)構(gòu)振動和大軸擺度符合規(guī)程允許值。本文通過介紹清遠蓄能電站1～4號機組啟動試運行期間僅2d完成了動平衡試驗，證實了機組軸系加工、裝配達到了較高的精度；也說明提高轉(zhuǎn)輪靜平衡驗收標(biāo)準(zhǔn)對機組動平衡試驗順利完成及蓄能機組長期穩(wěn)定運行是有利的。

抽水蓄能機組；動平衡試驗；振動；擺度

1 概述

2015年9月4日清遠抽水蓄能電站（以下簡稱“清蓄”）1號機組首次發(fā)電方向沖轉(zhuǎn)、9月5日進行升速試驗，9月6日～18日進行了2次的動平衡配重調(diào)整；2號機組于2015年12月19日首次機組沖轉(zhuǎn)調(diào)試，12月21日進行升速試驗和額定轉(zhuǎn)速下的1次動平衡配重試驗；3號機于2016年4月2日首次沖轉(zhuǎn)調(diào)試，4月3日進行升速試驗，4月4日～14日進行了4次動平衡配重調(diào)整；4號機于2016年7月5日首次沖轉(zhuǎn)調(diào)試，7月6日進行升速試驗和1次的動平衡配重調(diào)整試驗。

2 機組動平衡試驗準(zhǔn)備工作

2.1 測點布設(shè)

試驗伊始，機組按要求布設(shè)了上導(dǎo)、下導(dǎo)和水導(dǎo)軸承6個擺度測點，上機架、下機架和頂蓋6個振動測點以及一個鍵相測點，所有測點信號均采用加裝傳感器的方式取得，所布設(shè)傳感器及測試儀器見表1。

表1

2.2 機組振擺標(biāo)準(zhǔn)的確定

（1）國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的ISO 10816-5（2000）《在非旋轉(zhuǎn)部件上測量和評價機器的機械振動》第5部分：水力發(fā)電廠和泵站機組，是目前水輪發(fā)電機組衡量機架或軸承座最具權(quán)威性的振動評定標(biāo)準(zhǔn)之一，GB/T 6075.5-2002《在非旋轉(zhuǎn)部件上測量和評價機器的機械振動》第5部分：水力發(fā)電廠和泵站機組，實際上相當(dāng)于ISO 10816-5（2000）的中譯本，一般可以等同ISO 10816-5（2000）使用。其相關(guān)的主要內(nèi)容是：

對于類似于清蓄的上、下導(dǎo)軸承座均支撐于基礎(chǔ)上的立式機組（轉(zhuǎn)速在60～1 800 r/min）可參照表2執(zhí)行。

表2

（2）ISO 7919-5（2005）《旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)軸徑向振動的測量和評定》第5部分：水力發(fā)電廠和泵站機組，是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織衡量大軸振擺的主要標(biāo)準(zhǔn)，GB/T

11348.5 -2008《旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)軸徑向振動的測量和評定》第5部分：水力發(fā)電廠和泵站機組，實際上相當(dāng)于是ISO 7919-5（2005）的中譯本。其相關(guān)的主要內(nèi)容是：

轉(zhuǎn)軸測量方向上的相對振動位移峰-峰值（SP-SP）參照圖1執(zhí)行，對于428.6 r/min的清蓄機組其“A”區(qū)極限位為146 μm，“B”區(qū)極限為238 μm。其中：

1）區(qū)域“A”：振動數(shù)值在此范圍的設(shè)備可認為是良好的并可不加限制地運行，新機一般在區(qū)域“A”內(nèi)進行考核；

2）區(qū)域“B”：振動數(shù)值在此范圍的設(shè)備可以接受長期運行；

3）區(qū)域“C”：振動數(shù)值落入此范圍內(nèi)，提請注意安排維修。一般，該機器還可以運行一段有限時間，直到合適機會進行檢修；

4）區(qū)域“D”：振動數(shù)值落入該范圍的設(shè)備被認為極有可能導(dǎo)致?lián)p毀事故。

（3）設(shè)計制造商東芝水電（杭州）有限公司（以下簡稱“東芝水電”）提供的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見表3。位移峰-峰值（SP-SP）的推薦評價區(qū)域，適用于水輪機在合同許可的穩(wěn)態(tài)流動區(qū)域運行。

表3

圖1 水力機械或機組轉(zhuǎn)軸在測量方向上振動

2.3 機組原始配重

4臺機組為平衡轉(zhuǎn)子引線布設(shè)的原配重均為：轉(zhuǎn)子上部磁極5和6號、6和7號、7和8號、8和9號、9和10號之間各布設(shè)配重13.8 kg（參見圖2）。

圖2 原始配重圖

3 動平衡試驗計算方法

目前多使用影響系數(shù)法進行抽水蓄能機組這樣的剛性轉(zhuǎn)子的動平衡配重工作，我們習(xí)慣上先以轉(zhuǎn)子上園盤平面作為加重的平衡面進行轉(zhuǎn)子動平衡。即：

（1）未加試重時，測得上機架振動矢量V10。

（2）在轉(zhuǎn)子上平面加試重q1，測得加試重后的上機架振動矢量為V11。

（3）計算平衡面應(yīng)加配重的大小和方位的矢量方程：

（4）對于清蓄這樣高轉(zhuǎn)速抽水蓄能機組，其實際應(yīng)配重相位與計算所得不平衡質(zhì)量的相位會有一個量值不大的滯后角——機械滯后角。即：

4）將A順時針轉(zhuǎn)茲角，這個位置就是實際不平衡質(zhì)量的相位，在其180°方向加配重即可起到平衡作用。

（5）如若要求加配重后振動值下降Xμm，則應(yīng)加的配重為：，單位為kg。

一般情況下，第三次開機即可完成平衡工作。如果還不理想，可在轉(zhuǎn)子下平面再進行配重。上述方法，具有儀器設(shè)備輕便、開機次數(shù)少、平衡精度高且能顯著降低機組振動水平的優(yōu)點。

4 動平衡試驗進程

（1）1號機組升速過程中分別在264 r/min連續(xù)運行約1 h、320 r/min連續(xù)運行約1 h，然后在額定轉(zhuǎn)速428.6 r/min下運行約9 min；2號機組升速過程中分別在239 r/min連續(xù)運行約30 min、320 r/min連續(xù)運行約1h，然后在428.6r/min下運行約1min；3號機組升速過程中分別在210 r/min連續(xù)運行約40 min、320 r/min連續(xù)運行約40 min，然后在428.6 r/min下運行約10 min；4號機組升速過程中分別在217 r/min連續(xù)運行約1 h、323 r/min連續(xù)運行約1 h，然后在428.6 r/min下運行約10 min；測錄數(shù)據(jù)匯總于表4。

（2）1號～4號機組沖動后均按三個級差進行升速試驗，從上表可以看出，在320 r/min及以下轉(zhuǎn)速時機組振擺基本都能控制在“A”區(qū)內(nèi)，機組運轉(zhuǎn)是穩(wěn)定、正常的。而機組在額定轉(zhuǎn)速428 r/min運行時的情況是：

表4 檢測記錄

1）1號機組上、下、水導(dǎo)通頻軸擺都已跨入“C”區(qū)運行，轉(zhuǎn)頻基本在“B”區(qū)（水導(dǎo)除外）；上下機架及頂蓋水平振動均在“A”區(qū)，頂蓋垂直振動則已跨入“C”區(qū)；說明軸系還是明顯存在質(zhì)量不平衡，必須進行現(xiàn)場動平衡處理。

2）2號機組下、水導(dǎo)通頻軸擺基本已跨入“C”區(qū)運行，上導(dǎo)通頻軸擺及下導(dǎo)轉(zhuǎn)頻在“B”區(qū)，其余軸擺則都在“A區(qū)運行；機組振動除頂蓋垂直方向通頻超出“B”區(qū)外，其余上下機架及頂蓋的振動均在“A”區(qū)運行；說明軸系還是存在較大的質(zhì)量不平衡量，必須進行現(xiàn)場動平衡處理。

3）3號機組下導(dǎo)通、轉(zhuǎn)頻軸擺均在“B”區(qū)，水導(dǎo)通頻則已進入“C”區(qū)，其余都還在“A”區(qū)運行；機組振動除頂蓋垂直方向通頻超出“B”區(qū)外，其余上下機架及頂蓋的振動都還在“A”區(qū)運行；盡管機組振動、擺度并不嚴(yán)重，但軸系也還是存在質(zhì)量不平衡的，應(yīng)對其進行現(xiàn)場動平衡處理以提高運行質(zhì)量。

4）4號機組除下導(dǎo)、水導(dǎo)通頻軸擺納入“B”區(qū)，其余軸擺均在“A”區(qū)運行；機組振動除頂蓋垂直方向通頻處于“B”上限附近外，其余上下機架及頂蓋的振動都在“A”區(qū)運行；盡管機組振動、擺度并不嚴(yán)重，但軸系也還是存在質(zhì)量不平衡的，應(yīng)對其進行現(xiàn)場動平衡處理以提高運行質(zhì)量。

（3）機組按照程序進行試加配重及計算、調(diào)整配重，具體情況見表5。

表5

（4）機組動平衡效果評述

1）1號機組試加配重后，上、下導(dǎo)處軸運行擺度下降了30%～40%（含通頻和轉(zhuǎn)頻），水導(dǎo)軸擺則變化不大，且各測點相位基本沒有變化；上機架振動下降了約1/3（含通頻和轉(zhuǎn)頻），下機架和頂蓋振動基本沒有變化。根據(jù)計算進行第一次配重后機組振擺明顯改善，上導(dǎo)軸擺又下降了約1/4，下導(dǎo)軸擺下降了將近50%，而水導(dǎo)軸擺、上下機架及頂蓋振動均無太大變化。繼之分別進行了軸承熱運行和電氣過速（120%額定轉(zhuǎn)速）試驗，雖然各測點轉(zhuǎn)頻軸擺均很小，但由于受空載工況流場不太穩(wěn)定的影響，頂蓋振動和水導(dǎo)擺度波動還是較大，東芝水電決定進行第二次動平衡調(diào)整。其后，機組振動擺度大為改善，尤其是轉(zhuǎn)頻幅值均＜100 μm。經(jīng)確認，清蓄1號機組動平衡調(diào)整順利完成，效果是比較理想的。

2）2號機組試加配重后，上下導(dǎo)通頻軸擺下降了約1/3、轉(zhuǎn)頻下降了約50%、水導(dǎo)轉(zhuǎn)頻軸擺下降了1/3（通頻則變化不大）；上下機架和頂蓋轉(zhuǎn)頻振動均下降50%甚至更多，通頻也略有下降；只是由于空載工況流場不太穩(wěn)定，頂蓋振動和水導(dǎo)擺度通頻幅值波動較大，下導(dǎo)軸擺通頻值也還略高，但估計機組并網(wǎng)帶負荷后機組會趨于穩(wěn)定。經(jīng)各方認可，2號機組動平衡調(diào)整順利完成。

3）3號機組試加重后，上導(dǎo)轉(zhuǎn)頻軸擺下降了約60%、下導(dǎo)和水導(dǎo)轉(zhuǎn)頻軸擺僅下降約15%～20%，上下機架振動略有改善，而通頻軸擺和振動（含頂蓋轉(zhuǎn)頻振動）均無明顯好轉(zhuǎn)；根據(jù)東芝的數(shù)據(jù)計算進行第一次配重調(diào)整后，上導(dǎo)軸擺（通、轉(zhuǎn)頻）和上機架轉(zhuǎn)頻振動均有所上揚、下導(dǎo)軸擺略有下降，其余都與調(diào)整前維持同一水平?jīng)]有明顯改善；隨后采用明華公司調(diào)整方案進行了第二次配重調(diào)整，其時機組上導(dǎo)軸擺略有增加，下導(dǎo)軸擺通頻下降30%、轉(zhuǎn)頻則下降70%、下機架轉(zhuǎn)頻振動下降約50%，而其余部位振擺均無明顯改善；考慮到機組在空轉(zhuǎn)運行過程中擺度變化較大，上導(dǎo)通頻幅值可能達到200 μm報警值，遂又經(jīng)計算進行了第三次配重調(diào)整，使得所有轉(zhuǎn)頻軸擺僅只40～70 μm左右，除頂蓋垂直方向振動達到2.8 mm/s外其他部位振動幅值均較小。經(jīng)確認，該機組發(fā)電方向空載工況的動平衡調(diào)整告終。

4）4號機組首次試加配重后的運行情況表明，上下導(dǎo)轉(zhuǎn)頻軸擺下降了35%～50%、通頻軸擺也都略有下降，上下機架轉(zhuǎn)頻振動下降幅值較大、通頻也略有下降，除頂蓋通頻振動和水導(dǎo)通頻軸擺略大外，其他無明顯變化但幅值均較小。經(jīng)確認，該機組發(fā)電方向空載工況下的動平衡順利結(jié)束。

（5）1～4號機組最終配重狀況參見圖3～6。

圖3 1號機最終配重

圖4 2號機最終配重

圖5 3號機最終配重

圖6 4號機最終配重

（6）1號～4號機組配重調(diào)整后在428 r/min轉(zhuǎn)速下連續(xù)運行的振擺數(shù)據(jù)見表6。

表6 配重調(diào)整最終檢測記錄

5 機組動平衡調(diào)整后主要工況的運行

（1）機組并網(wǎng)后帶負荷160 MW、240 MW運行都還是平穩(wěn)的，帶滿負荷320 MW熱運行期間各測點振擺數(shù)值見表7。

表7

從表7可以看到，機組發(fā)電滿負荷運行工況大軸擺度各測點幅值均較小，且通頻和轉(zhuǎn)頻幅值相差不大，均處在GB/T 11348.5-2008標(biāo)準(zhǔn)的“A”區(qū)；上、下機架振動和頂蓋振動也都處于GB/T 6075.5-2002標(biāo)準(zhǔn)的“A”區(qū)。

（2）機組PC工況熱穩(wěn)定性運行試驗各測點振擺數(shù)據(jù)參見表8。

表8

從表8可以看出，各臺機上導(dǎo)和水導(dǎo)擺度幅值均較小，一般都處在“A”區(qū)；上、下機架振動和頂蓋振動也都處在“A”區(qū)；但下導(dǎo)擺度幅值都偏大，其中1號、2號、3號機下導(dǎo)擺度處于仍可長期運行的“B”區(qū)，而4號機下導(dǎo)擺度則已處于不可長期運行的“C”區(qū)。

（3）機組P工況進行熱運行試驗各測點振擺數(shù)據(jù)參見表9。

表9

從表9可以看到，P工況運行時各臺機上下導(dǎo)軸擺幅值均較小，且通頻和轉(zhuǎn)頻幅值相差不大，而水導(dǎo)擺度則更??；上、下機架和頂蓋振動也都處于“A”區(qū)，可不受限制運行。

（4）機組GC工況熱穩(wěn)定性運行試驗各測點振擺數(shù)據(jù)參見表10。

表10

從表10可以看出，機組軸系擺度幅值均較小，其中水導(dǎo)擺度幅值最小，下導(dǎo)擺度幅值稍大，但也都在可不受限制運行的“A”區(qū)；上、下機架振動和頂蓋振動也都處在可不受限制運行的“A”區(qū)；表明機組在該工況下可以長時間穩(wěn)定運行。

6 結(jié)語

（1）機組轉(zhuǎn)動軸系在未加配重運行在空載額定轉(zhuǎn)速工況時，盡管如1號機組各導(dǎo)軸承處通頻軸擺及水導(dǎo)轉(zhuǎn)頻、2號機組下、水導(dǎo)通頻軸擺、3號機組水導(dǎo)通頻等已跨入“C”區(qū)運行，但其余軸擺均在“B”、“A”區(qū)運行，尤其是3號、4號機組大都在“A”區(qū)運行；機組振動除1號、2號、3號機頂蓋垂直振動跨入“C”區(qū)外，其余上下機架及頂蓋的振動均還在“A”區(qū)運行。也就是說，機組軸系還是存在質(zhì)量不平衡、有必要對其進行現(xiàn)場動平衡處理以提高運行質(zhì)量的。但其振動、擺度并不嚴(yán)重的事實證明了機組軸系加工、裝配達到了相當(dāng)高的精度和標(biāo)準(zhǔn)，也體現(xiàn)了轉(zhuǎn)輪靜平衡按照G2.5驗收的優(yōu)勢。

（2）機組經(jīng)過動平衡配重調(diào)整之后，轉(zhuǎn)動軸系在空載額定轉(zhuǎn)速工況運行下，除1號、2號、3號機水導(dǎo)通頻軸擺還略超越“B”區(qū)上限外，其余部位軸擺都已納入“B”、“A”區(qū)運行范圍，尤其是機組轉(zhuǎn)頻軸擺均＜100μm；機組振動除頂蓋垂直方向略超“B”區(qū)上限外，其余均在可以長期穩(wěn)定運行的“A”區(qū)。這就證明1號～4號機組的動平衡配重調(diào)整收到了很好的效果，可保證機組順利進入后續(xù)調(diào)試運行進程。

（3）機組發(fā)電滿負荷以及P、GC工況運行時機組軸系擺度幅值均較小，都在可不受限制運行的“A”區(qū)；上、下機架振動和工況頂蓋振動也都處在可不受限制運行的“A”區(qū)；表明了機組在這些工況下可以長時間穩(wěn)定運行。而在PC工況，各臺機上導(dǎo)、水導(dǎo)軸擺幅值以及上、下機架振動和頂蓋振動也都處在可不受限制運行的“A”區(qū)；而1號、2號、3號機下導(dǎo)擺度處于仍可長期運行的“B”區(qū)，唯4號機下導(dǎo)擺度則處于“C”區(qū)；亦即在該工況下應(yīng)注意4號機組是不宜運行過長時間的。

（4）機組負荷運行期間，根據(jù)其軸系振擺的變化趨勢以及軸瓦間隙增大的具體狀況，在調(diào)整軸瓦間隙的同時也還可以采取再配重調(diào)整，以期抑制機組軸承振動和大軸擺度。如1號機組就是在重新調(diào)整軸瓦間隙未取得理想效果的情況下又重新進行了配重：

1）第一次在1、2號磁極之間上部試加9.28 kg、8、9號之間上部減去13.85 kg。

2）由于軸系振擺仍不理想，復(fù)原第一次試加重后，最終在14、1號之間上部增重7.93 kg。

最終，機組振擺得以改善。

總之，清蓄電站的實踐再一次證明動平衡配重調(diào)整是機組調(diào)試工作中的重要環(huán)節(jié)之一，正是由于其順利、卓有成效的實施，有力保證了機組各工況的穩(wěn)定運行，對清蓄電站達到并超過國內(nèi)外抽水蓄能機組平均先進水平起到了增磚添瓦的顯著功效。

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TV743

：A

：1672-5387（2017）03-0005-07

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.03.002

2016-12-05

陳泓宇（1975-），男，工程師，從事水電站機電設(shè)備管理及安裝調(diào)試工作。