涔天河水电站1 号机组动平衡试验

郭晓宁

（湖南涔天河工程建设投资有限责任公司，湖南 永州425500）

1 引言

涔天河水库扩建工程位于湖南省永州市江华瑶族自治县境内的湘江支流潇水上游峡谷出口处，系潇水流域开发的第一个梯级。是一座以灌溉、防洪、下游补水和发电为主，兼顾航运等综合利用效益的大型水利水电工程。涔天河水电站总共装有4 台50 MW 混流式水轮机组，2017 年9 月23 日首台机组并网发电，2018 年6 月底4 台机组全部实现并网发电。其水轮发电机组为立式混流机组，额定功率50 MW，设计水头77.5 m，，额定转速230.8 r/min，叶片数13，活动导叶数24，固定导叶数23，转子重量177.3 t，转动方向为俯视顺时针。

涔天河水电站1 号机组自2018 年6 月4 日开始频繁报出匝间保护启动动作，经现场查看，1 号机组二次侧横差电流达0.19 A，从机组振摆系统显示的数据来看，机组上、下导摆度以及上机架水平振动较大，严重超过国标，初步分析是由于机组转子动不平衡引起的。因此2019 年1 月在现场对机组进行了动平衡试验。

2 试验方法及步骤

2.1 试验方法

根据规程规范要求，在试验机组上布置相应传感器，用振动测试分析仪记录试验工况下各测点的输出变化情况，分析机组的运行特性。

2.2 测点布置

摆度测点有：上导X、Y 向摆度，下导X、Y 向摆度，水导X、Y 向摆度，上机架X、Y 水平振动，下机架X、Y 水平振动，上机架垂直振动，顶盖水平振动，顶盖垂直振动，定子机架水平振动。

2.3 标准

根据标准要求，该机组各部位摆度及振动值应满足表1 要求。

表1 机组振摆标准限值 单位：μm

2.4 试验步骤

2.4.1 变转速、变励磁试验

（1）变转速试验

机组开机后分别将机组稳定在50%nr，75%nr，100%nr 工况点，进行各测点数据采集，每个工况点采集2～3 min。

（2）变励磁试验

机组加励磁后分别将机组稳定在25%Ur，50%Ur，75%Ur，100%Ur 工况点，进行各测点数据采集，每个工况点采集2～3 min。

2.4.2 动平衡试重

（1）试重方位的确定

根据100%额定转速（或100%额定励磁电压）工况下测量机组振动、摆度数据，综合分析确定机组配重块的重量及方位。

（2）试加重量

按试加配重所产生的离心力为转子重量的0.5%～2.5%适当选择试加重量。

（3）试重块的安装

机组停机，蝶阀关闭，根据原始振动数据确定试加重块的位置。根据现场实际情况，转子中心体上副板表面可以进行试重块的安装。

（4）试重

将应加的配重块安装后开机，缓慢增加机组的转速并对机组各部位的振动进行监测，在判断振动对机组无危害后再增加机组的转速至100%额定转速。将机组工况分别稳定在100%额定转速、100%额定励磁电压工况，测量机组各部位的振动情况。

2.4.3 最终配重量及配重方位

根据试重结果，在兼顾到各导摆度及振动的情况下，综合分析确定最终配重量及安装角度；将应加重量Mp 安装在方位角ФP，开机测试各部位的振动和摆度。在100%nr、100%Ur 工况下，振动和摆度值如达到要求，将配重块焊牢。2.4.4 动平衡试验后工况验证

将机组分别稳定在100%nr、100%nr、10 MW、20 MW、30 MW 负荷工况点，每个工况稳定3～5 min，用测试仪记录机组各部位的振动情况。

3 试验结果及数据分析

3.1 机组原始状态测试结果

机组在变转速、变励磁及30 MW 工况下原始振动见表2；机组摆度随转速平方相对值变化趋势见图1；机组振动随转速平方相对值变化趋势见图2；机组摆度随励磁相对值变化趋势见图3；机组振动随励磁相对值变化趋势见图4。

表2 原始状态试验数据 单位：μm

图1 机组摆度-转速平方相对值

图2 机组振动-转速平方相对值

图3 机组摆度-励磁百分比相对值

图4 机组振动-励磁百分比相对值

变转速试验结果表明，随着转速上升，振动、摆度大幅增加，空转状态下，机组上机架水平振动达到356 μm，下机架水平振动达到53 μm，上导摆度达到1 550 μm，下导摆度达到1 763 μm，转子存在严重的机械不平衡。

变励磁试验结果表明，随着励磁电压的增加，机组振动、摆度大幅增加，空载状态下，机组上机架水平振动达到1 098 μm，下机架水平振动达到259 μm，上导摆度达到1 731 μm，下导摆度达到2 797 μm，转子存在严重的磁拉力不平衡。

机组带30 MW 负荷情况下，上机架水平振动达到1 033 μm，下机架水平振动达到234 μm，上导摆度达到1 677 μm，下导摆度达到2 784 μm，各测点测值严重超标。

3.2 动平衡试验结果

1 号机组振摆超标情况较3 号、4 号机组严重，现场进行了2 次配重。试验结果见表3。

表3 动平衡试验结果对比 单位：μm

根据原始振动数据，第1 次配重50 kg 安装角度157°，结果表明空转状态下机组上机架水平振动降至69 μm，上导摆度降至751 μm，下导摆度降至356 μm，说明机组机械不平衡已经明显改善，但机组空载状态下振摆即增大至原始振动水平，没有较大改善，机组磁拉力不平衡较严重。

第2 次试重83 kg 安装角度177°，测试结果表明，机组上/下机架水平振动、定子机座水平振动及上下导摆度较原始状态有所较低，但相对第1 次试重第2 次测试结果振摆均有所增加。

2 次试重计算出的最终配重重量及方位存在较大差别，综合试验结果不建议继续对该机组进行配重，现场拆除全部配重块。

4 对本次动平衡试验的结论与建议

4.1 结论

（1）1 号机组振动摆度严重超过国标，机组带30 MW 负荷情况下，上机架水平振动达到1 033 μm，下机架水平振动达到234 μm，上导摆度达到1 677 μm，下导摆度达到2 784 μm。

（2）现场开展了2 次试重，2 次试重计算出的最终配重重量及方位存在较大差别，综合试验结果不建议继续对该机组进行配重，现场拆除全部配重块。

4.2 建议

（1）建议对1 号机组进行检修。机组上、下导原始状态的摆度以及上机架水平振动较大，严重超过国标，导瓦双边间隙实际上已经大大超过了设计值。建议对轴瓦间隙、转动部件中心进行检查调整，同时检查轴瓦磨损情况，对机组关键部件进行探伤。

（2）机组上机架整体结构安装在定子机架上，径向承压能力可能不足，建议尽早安装上机架千斤顶以增强上机架径向水平方向承压能力，并重新进行机组动平衡试验。

（3）建议将机械过速保护装置安装间隙调整为3 mm，防止出现误动。

（4）机组振动测点位置安装不正确，建议按照规范对测点位置进行调整；在线监测系统显示摆度数据与试验实测值存在较大偏差，建议进行检查。

5 结束语

一般来说，由于机组在制造、安装等机械方面的原因，在运转中都不可避免地存在着不同程度的振动，这是不可能完全避免和消除的现象。只要将振动限制在允许的范围之内，它对机组本身及其运行并不会造成危害，也就是说可以保证机组稳定运行。然而，当机组的振动超过允许的范围，或振动的频率同机组的某固有频率产生共振时，就会严重地影响到机组的安全运行。

涔天河水电站机组通过动平衡试验，判断并消除可能存在的转子动不平衡，优化机组的运行状态，保证了电力系统的安全运行。