馬鹿塘水電站二期工程高轉(zhuǎn)速機組問題及解決

1、馬鹿塘水電站二期工程高轉(zhuǎn)速機組問題及解決第27卷第1期云南水力發(fā)電YUNNANWATERP0WER馬鹿塘水電站二期工程高轉(zhuǎn)速機組問題及解決吳劍峰(中國水電顧問集團昆明勘測設(shè)計研究院,云南昆明650051)摘要:馬鹿塘水電站二期工程采用的是大容量,高轉(zhuǎn)速水輪發(fā)電機組.經(jīng)過兩年多的安裝,調(diào)試,運行,發(fā)現(xiàn)和解決了不少重大缺陷,例如發(fā)電機上,下?lián)躏L(fēng)板噪音,磁軛片問壓力值偏低產(chǎn)生位移,磁極引線布置檢驗造成接地,機組運轉(zhuǎn)振動等問題,嚴重影響電站的正常移交及投運后的可靠運行,文章就機組出現(xiàn)的問題陳述現(xiàn)場采取的處理措施.并提出該水輪發(fā)電機組在設(shè)計,制造存在的缺陷和問題.關(guān)鍵詞:水電站;噪音;位移;轉(zhuǎn)子接地;振

2、動;缺陷及處理中圖分類號:TK733.1文獻標識碼:B文章編號:10063951(2011)01010303DO1:10.3969/j.issn.10(6馬鹿塘水電站二期工程裝設(shè)3臺立式混流式水輪發(fā)電機組.引水方式為一管三機,設(shè)有調(diào)壓井.電站最大水頭382.80m,額定水頭340.00m,最小水×100MW,水輪機和發(fā)電機及其附屬設(shè)備分別由哈爾濱電機廠和重慶水輪機廠生產(chǎn)供貨,水輪機進水閥采用DN1800球閥.1SF10014/5400水輪發(fā)電機結(jié)構(gòu)特點馬鹿塘水電站二期工程水輪發(fā)電機SF10014/5400單機額定容量100MW,額定轉(zhuǎn)速428.6r/min,額定功率因數(shù)0.875,額

3、定電壓l3.8kV,額定電流4781.4A,飛逸轉(zhuǎn)速730r/rain,轉(zhuǎn)動慣量CD2大于1600t.發(fā)電機為立軸懸垂型密閉循環(huán)空氣冷卻三相同步水輪發(fā)電機,由上機架,定子,轉(zhuǎn)子,下機架,制動采用無風(fēng)扇結(jié)構(gòu),發(fā)電機的風(fēng)壓由磁軛,磁極聯(lián)合產(chǎn)生,通過定子和空氣冷卻器后從定子端部返回而形成循環(huán)風(fēng)路.2機組運轉(zhuǎn)后出現(xiàn)的問題及初步處理電站水輪發(fā)電機組屬高水頭,高轉(zhuǎn)速機組,整個引水系統(tǒng)從調(diào)壓井至最遠機組有606m,根據(jù)制造廠家的機組過渡過程分析報告,導(dǎo)葉采取一段方式關(guān)閉,至全關(guān)10%開度時設(shè)計接力器緩沖,在各種工況下甩額定負荷時,設(shè)計計算提供機組轉(zhuǎn)速最大組的額定轉(zhuǎn)速較高,為避免機組過速試驗時太高轉(zhuǎn)速,要求電

4、站設(shè)計和廠家設(shè)計再次精確核算調(diào)保計算,最終給出各種工況下甩負荷時,轉(zhuǎn)速最大上升率為142.1%,蝸殼進口最大壓力值為421.97m,現(xiàn)場確定機組機械過速保護整定值為148%.機組動平衡配重試驗按國家GB8564機組的運行擺度和振動值(雙幅值)要求:機組運行擺度不大于75%軸承總間隙;機組振動上機架垂直不大于40腳,水平不大于50pan;定子機座水平不超過20,水輪機頂蓋垂直,水平不大于30ttrn進行考核.首臺機組啟動2號機試運行,機組動平衡和瓦溫試驗均滿足規(guī)范要求,動平衡后上機架垂直振動39ttm,水平45pan;定子機座水平不超過8.7,水輪機頂蓋垂直不大于8.9ktm,水平不大于14.3

5、.在進行2號機機組過速時,轉(zhuǎn)速從129%nr開始到141%nr機組振動明顯增大,由于機組振動過大,導(dǎo)震動異常,機組上導(dǎo)油盆油位計晃動劇烈,機組下游nlin,水導(dǎo)擺度0.83mitt.停機后立即進行檢查,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子上,下磁軛壓板有移動現(xiàn)象,部分磁極下部本體鐵芯與線圈有分離痕跡,上部磁軛鍵與鍵槽部分度,上磁軛壓板帶30ml'n左右高的磁軛鐵片向外側(cè)產(chǎn)生位移,下磁軛壓板與磁軛可觀察到周向約1rain位移,磁軛鍵卡板焊縫個別有焊縫開裂現(xiàn)象,轉(zhuǎn)予上收稿日期:20100630作者簡介:吳劍峰(1968一),男,遼寧昌圖人,高級工程師,主要從事水電站工程總承包機電管理工作.云南水力發(fā)電2011年第1期

6、磁軛壓板分縫處阻力環(huán)拉桿銷焊縫開裂(上,下共計機組發(fā)生異常后現(xiàn)場及時將情況反映給廠家,廠家很快安排廠內(nèi)專家到現(xiàn)場,并對過速出現(xiàn)的上,下磁軛壓板位移及造成的焊縫裂縫給出了分析意見,因上,下磁軛壓板分3塊結(jié)構(gòu),未焊接成整體,導(dǎo)致過速過程磁軛壓板離心力過大,足以克服磁軛壓板壓緊后自身的摩擦力造成.根據(jù)廠家意見,現(xiàn)場及時將3臺機組轉(zhuǎn)子上分塊的磁軛上,下壓板焊接成整體,2號機轉(zhuǎn)子上出現(xiàn)的焊縫裂紋進行了補焊.根據(jù)機組過速振動擺度超標情況,現(xiàn)場業(yè)主,建管部,施工安裝單位,廠家討論后確定3臺機組后續(xù)試驗按機組過速不宜超過120%nr和機組最大負荷50MW試運行方案進行,同時建管部要求廠家設(shè)計部門重新核算,是否

7、存在磁軛壓緊螺桿壓緊度不夠造成磁軛片位移,機組過速振動異常存在共振現(xiàn)象等問題.3號機進行動平衡試驗達標后機組按120%nr流試驗時,即在發(fā)電機短路特性試驗100%Ir時,機組出現(xiàn)聲音異常變大情況,測量噪音達106109分的異常噪音,機組振動和擺度加大.根據(jù)異常情況,對噪音錄音做頻譜分析,分析結(jié)論機組的噪音頻率主要是300Hz引起,一部分700Hz,少數(shù)100Hz,經(jīng)咨詢專家,認為有可能是定子鐵芯壓緊不夠而產(chǎn)生的噪音,建管部根據(jù)定子鐵損試驗及安裝過程檢查記錄,認為定子組裝各項驗收指標是符合國家規(guī)范要求,而針對發(fā)電機上,下?lián)躏L(fēng)板普通材質(zhì)提出了擋風(fēng)板可能是產(chǎn)生噪音的根源,經(jīng)廠家同意后暫時取消發(fā)電機上

8、,下?lián)躏L(fēng)板,在拆卸擋風(fēng)板時還發(fā)現(xiàn)了擋板后機組升壓檢查異常噪聲消失,因此建管部判斷正確,解決了機組帶勵磁后發(fā)電機出現(xiàn)異常噪聲的問題.2號機在完成取消擋風(fēng)板,補焊上下磁軛壓板措施后,升壓至額定電壓50%時,機組保護發(fā)出轉(zhuǎn)方式查找轉(zhuǎn)子接地點位置均未找到,但范圍大致確定在轉(zhuǎn)子上勵磁引線負極1號和2號磁極之問,由于轉(zhuǎn)子磁極設(shè)計結(jié)構(gòu)原因只能吊出轉(zhuǎn)子進行進一步的查找工作.機組在過速129%后振動出現(xiàn)異常,在帶5OMW甩負荷機組過速不會超過129%,經(jīng)現(xiàn)場啟動試運行指揮部決定,為保證機組正常運行,3號和1號機帶不超過50MW負荷情況下投入商業(yè)運行,2號機組待轉(zhuǎn)子接地問題解決后再確定是否投運.3機組改造3臺機組

9、啟動試運行后,對發(fā)電機出現(xiàn)的問題和運行指標,業(yè)主是不能夠接受的,因此要求全部3臺機組進行改造.在電站總承包單位積極組織下,邀請國內(nèi)制造廠專家,各參建單位代表和專家共同召開了第一次上確定機組進行改造,建議廠家在過速振動問題上對發(fā)電機上,下導(dǎo)軸承支撐剛度采用有限元法進一度,導(dǎo)軸承油膜剛度,千斤頂剛度,上導(dǎo)軸承座及螺栓連接剛度,推力頭與軸配合剛度以及基礎(chǔ)剛度等上機架和定子上環(huán)板之間加固對固有頻率提高程度的影響,復(fù)核在飛逸工況下轉(zhuǎn)子支架輪轂與軸之間的剩余緊量.對上,下導(dǎo)軸承瓦的支撐方式進行適成果和具體實施方案.在機組噪音方面對發(fā)電機上,下?lián)躏L(fēng)板更換為非磁性材料,并對其固定方式,剛強度等方面采取措施,確

10、保其剛強度滿足要求并固定牢靠.在轉(zhuǎn)子磁軛壓板及部分沖片微小位移方面,為了提高發(fā)電機轉(zhuǎn)子的整體性能,其拉緊螺桿和螺母也進行更換,建議將現(xiàn)有的拉緊螺桿材料由35CrMo更換為強度更高的42CrMo調(diào)質(zhì)銀亮鋼,廠家根據(jù)拉緊螺桿的強度進一步的分析計算,并針對馬鹿塘工程高轉(zhuǎn)速發(fā)電機適當提高磁軛的壓緊度,使磁軛的片間壓力增大.在電站總承包單位積極組織下,邀請專家,各參建單位代表和專家召開了第二次馬鹿塘水電站二期工程水輪發(fā)電機技術(shù)改造方案審查會,會上對廠家提供的發(fā)電機有關(guān)部件的剛度和固有頻率有限元計算,復(fù)核計算結(jié)果認為:發(fā)電機上機架與定子聯(lián)合振吳劍峰馬鹿塘水電站二期工程高轉(zhuǎn)速機組問題及解決具體方案實施:1C

11、rl8Ni9Ti,增加不銹鋼支撐,在合縫處增加調(diào)節(jié)墊方便安裝,定子對應(yīng)擋風(fēng)板處加設(shè)絕緣環(huán)板,防止機組運行時擋風(fēng)板振動破壞定子絕緣;2)上,下導(dǎo)軸承.上,下導(dǎo)軸承改用楔形板支撐取代原支柱螺釘和螺套結(jié)構(gòu),將支撐點移至機架筋板處,增加軸承鋼度又利于穩(wěn)定油隙;上機架8個支腿再增加8個千斤頂,下機架油池外增加環(huán)向筋板,并布置4個徑向千斤頂支撐在混凝土上,下機架支腿與基礎(chǔ)板處增加楔形支撐塊,進一步增強上,下機架與軸承連接支撐剮度.質(zhì)銀亮鋼,由原磁軛片間壓力5MPa提高至6MPa以上,提高磁軛的整體性能.因查找,初步判定接地位置為磁極下部極間引出線在機組轉(zhuǎn)動離心力作用下與外部阻尼環(huán)連接片接觸導(dǎo)致接地,對該部

12、位距離過小的地方進行修磨阻尼環(huán)連接片,控制絕緣距離在5mm以上.由于2號機組轉(zhuǎn)子接地,未投入商業(yè)運行,機組改造首先從2號機組開始,通過2號機組改造來摸更換過程中,發(fā)現(xiàn)三臺機組拉緊螺桿都發(fā)生變形,通過實踐,2號機在不退出磁軛大鍵更換拉緊螺桿,螺桿在拔出過程中被拉斷,只能拆除磁軛沖片,工期較長;而1號機和3號機吸取2號機的經(jīng)驗,直接退出磁軛大鍵再更換螺桿所需工期大大縮短.4機組改造效果經(jīng)過近7個多月的機組改造,2號機組在下機架未增加油池外環(huán)板及相應(yīng)千斤頂,其它方面按改造方案改造完成后進行機組過速143%試驗時,仍感覺地板晃動,但較原先過速情況其機組振動,擺度值均明顯改善,1號機組按照改造方案完全實

13、施后,機組過速感覺較好,其振動,擺度值見表1.(上接第68頁)施工中采用的通冷卻水,增加粉煤灰摻量,合理養(yǎng)護m的情況下,沒有出現(xiàn)溫度裂縫.實踐證明溪洛渡左岸1號3號導(dǎo)流洞進口閘室豎井混凝土施工中所采取的溫控措施是合理的,目前,經(jīng)過改造后的2號機組可帶85MW負荷安全運行,1號機組可帶額定負荷100MW安全運行,機組甩額定負荷轉(zhuǎn)速139.14%nr,各部軸承油溫,瓦溫正常.機組異常噪音已徹底解決,發(fā)電機風(fēng)道設(shè)計更加完善,定子溫升表計顯示均未超過70,較為正常.發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地問題偶爾出現(xiàn),后期對轉(zhuǎn)子有可能的接地位置進行了涂抹環(huán)氧膠處理,處理情況較好.表I機組改造前后過速振動,擺度情況表tan5結(jié)束語馬鹿塘水電站二期工程采用大容量,高轉(zhuǎn)速發(fā)電機,由于制造廠家設(shè)計,制造經(jīng)驗不足,造成機組在滿足合同要求投產(chǎn)發(fā)電日期延誤半年之久,現(xiàn)場多次對機組轉(zhuǎn)子吊出進行機組改造,增加了現(xiàn)場施工量,