马鹿塘水电站二期工程高转速机组问题及解决

1、马鹿塘水电站二期工程高转速机组问题及解决第27卷第1期云南水力发电YUNNANWATERP0WER马鹿塘水电站二期工程高转速机组问题及解决吴剑峰(中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院,云南昆明650051)摘要:马鹿塘水电站二期工程采用的是大容量,高转速水轮发电机组.经过两年多的安装,调试,运行,发现和解决了不少重大缺陷,例如发电机上,下挡风板噪音,磁轭片问压力值偏低产生位移,磁极引线布置检验造成接地,机组运转振动等问题,严重影响电站的正常移交及投运后的可靠运行,文章就机组出现的问题陈述现场采取的处理措施.并提出该水轮发电机组在设计,制造存在的缺陷和问题.关键词:水电站;噪音;位移;转子接地;振

2、动;缺陷及处理中图分类号:TK733.1文献标识码:B文章编号:10063951(2011)01010303DO1:10.3969/j.issn.10(6马鹿塘水电站二期工程装设3台立式混流式水轮发电机组.引水方式为一管三机,设有调压井.电站最大水头382.80m,额定水头340.00m,最小水×100MW,水轮机和发电机及其附属设备分别由哈尔滨电机厂和重庆水轮机厂生产供货,水轮机进水阀采用DN1800球阀.1SF10014/5400水轮发电机结构特点马鹿塘水电站二期工程水轮发电机SF10014/5400单机额定容量100MW,额定转速428.6r/min,额定功率因数0.875,额

3、定电压l3.8kV,额定电流4781.4A,飞逸转速730r/rain,转动惯量CD2大于1600t.发电机为立轴悬垂型密闭循环空气冷却三相同步水轮发电机,由上机架,定子,转子,下机架,制动采用无风扇结构,发电机的风压由磁轭,磁极联合产生,通过定子和空气冷却器后从定子端部返回而形成循环风路.2机组运转后出现的问题及初步处理电站水轮发电机组属高水头,高转速机组,整个引水系统从调压井至最远机组有606m,根据制造厂家的机组过渡过程分析报告,导叶采取一段方式关闭,至全关10%开度时设计接力器缓冲,在各种工况下甩额定负荷时,设计计算提供机组转速最大组的额定转速较高,为避免机组过速试验时太高转速,要求电

4、站设计和厂家设计再次精确核算调保计算,最终给出各种工况下甩负荷时,转速最大上升率为142.1%,蜗壳进口最大压力值为421.97m,现场确定机组机械过速保护整定值为148%.机组动平衡配重试验按国家GB8564机组的运行摆度和振动值(双幅值)要求:机组运行摆度不大于75%轴承总间隙;机组振动上机架垂直不大于40脚,水平不大于50pan;定子机座水平不超过20,水轮机顶盖垂直,水平不大于30ttrn进行考核.首台机组启动2号机试运行,机组动平衡和瓦温试验均满足规范要求,动平衡后上机架垂直振动39ttm,水平45pan;定子机座水平不超过8.7,水轮机顶盖垂直不大于8.9ktm,水平不大于14.3

5、.在进行2号机机组过速时,转速从129%nr开始到141%nr机组振动明显增大,由于机组振动过大,导震动异常,机组上导油盆油位计晃动剧烈,机组下游nlin,水导摆度0.83mitt.停机后立即进行检查,发现转子上,下磁轭压板有移动现象,部分磁极下部本体铁芯与线圈有分离痕迹,上部磁轭键与键槽部分度,上磁轭压板带30ml'n左右高的磁轭铁片向外侧产生位移,下磁轭压板与磁轭可观察到周向约1rain位移,磁轭键卡板焊缝个别有焊缝开裂现象,转予上收稿日期:20100630作者简介:吴剑峰(1968一),男,辽宁昌图人,高级工程师,主要从事水电站工程总承包机电管理工作.云南水力发电2011年第1期

6、磁轭压板分缝处阻力环拉杆销焊缝开裂(上,下共计机组发生异常后现场及时将情况反映给厂家,厂家很快安排厂内专家到现场,并对过速出现的上,下磁轭压板位移及造成的焊缝裂缝给出了分析意见,因上,下磁轭压板分3块结构,未焊接成整体,导致过速过程磁轭压板离心力过大,足以克服磁轭压板压紧后自身的摩擦力造成.根据厂家意见,现场及时将3台机组转子上分块的磁轭上,下压板焊接成整体,2号机转子上出现的焊缝裂纹进行了补焊.根据机组过速振动摆度超标情况,现场业主,建管部,施工安装单位,厂家讨论后确定3台机组后续试验按机组过速不宜超过120%nr和机组最大负荷50MW试运行方案进行,同时建管部要求厂家设计部门重新核算,是否

7、存在磁轭压紧螺杆压紧度不够造成磁轭片位移,机组过速振动异常存在共振现象等问题.3号机进行动平衡试验达标后机组按120%nr流试验时,即在发电机短路特性试验100%Ir时,机组出现声音异常变大情况,测量噪音达106109分的异常噪音,机组振动和摆度加大.根据异常情况,对噪音录音做频谱分析,分析结论机组的噪音频率主要是300Hz引起,一部分700Hz,少数100Hz,经咨询专家,认为有可能是定子铁芯压紧不够而产生的噪音,建管部根据定子铁损试验及安装过程检查记录,认为定子组装各项验收指标是符合国家规范要求,而针对发电机上,下挡风板普通材质提出了挡风板可能是产生噪音的根源,经厂家同意后暂时取消发电机上

8、,下挡风板,在拆卸挡风板时还发现了挡板后机组升压检查异常噪声消失,因此建管部判断正确,解决了机组带励磁后发电机出现异常噪声的问题.2号机在完成取消挡风板,补焊上下磁轭压板措施后,升压至额定电压50%时,机组保护发出转方式查找转子接地点位置均未找到,但范围大致确定在转子上励磁引线负极1号和2号磁极之问,由于转子磁极设计结构原因只能吊出转子进行进一步的查找工作.机组在过速129%后振动出现异常,在带5OMW甩负荷机组过速不会超过129%,经现场启动试运行指挥部决定,为保证机组正常运行,3号和1号机带不超过50MW负荷情况下投入商业运行,2号机组待转子接地问题解决后再确定是否投运.3机组改造3台机组

9、启动试运行后,对发电机出现的问题和运行指标,业主是不能够接受的,因此要求全部3台机组进行改造.在电站总承包单位积极组织下,邀请国内制造厂专家,各参建单位代表和专家共同召开了第一次上确定机组进行改造,建议厂家在过速振动问题上对发电机上,下导轴承支撑刚度采用有限元法进一度,导轴承油膜刚度,千斤顶刚度,上导轴承座及螺栓连接刚度,推力头与轴配合刚度以及基础刚度等上机架和定子上环板之间加固对固有频率提高程度的影响,复核在飞逸工况下转子支架轮毂与轴之间的剩余紧量.对上,下导轴承瓦的支撑方式进行适成果和具体实施方案.在机组噪音方面对发电机上,下挡风板更换为非磁性材料,并对其固定方式,刚强度等方面采取措施,确

10、保其刚强度满足要求并固定牢靠.在转子磁轭压板及部分冲片微小位移方面,为了提高发电机转子的整体性能,其拉紧螺杆和螺母也进行更换,建议将现有的拉紧螺杆材料由35CrMo更换为强度更高的42CrMo调质银亮钢,厂家根据拉紧螺杆的强度进一步的分析计算,并针对马鹿塘工程高转速发电机适当提高磁轭的压紧度,使磁轭的片间压力增大.在电站总承包单位积极组织下,邀请专家,各参建单位代表和专家召开了第二次马鹿塘水电站二期工程水轮发电机技术改造方案审查会,会上对厂家提供的发电机有关部件的刚度和固有频率有限元计算,复核计算结果认为:发电机上机架与定子联合振吴剑峰马鹿塘水电站二期工程高转速机组问题及解决具体方案实施:1C

11、rl8Ni9Ti,增加不锈钢支撑,在合缝处增加调节垫方便安装,定子对应挡风板处加设绝缘环板,防止机组运行时挡风板振动破坏定子绝缘;2)上,下导轴承.上,下导轴承改用楔形板支撑取代原支柱螺钉和螺套结构,将支撑点移至机架筋板处,增加轴承钢度又利于稳定油隙;上机架8个支腿再增加8个千斤顶,下机架油池外增加环向筋板,并布置4个径向千斤顶支撑在混凝土上,下机架支腿与基础板处增加楔形支撑块,进一步增强上,下机架与轴承连接支撑剐度.质银亮钢,由原磁轭片间压力5MPa提高至6MPa以上,提高磁轭的整体性能.因查找,初步判定接地位置为磁极下部极间引出线在机组转动离心力作用下与外部阻尼环连接片接触导致接地,对该部

12、位距离过小的地方进行修磨阻尼环连接片,控制绝缘距离在5mm以上.由于2号机组转子接地,未投入商业运行,机组改造首先从2号机组开始,通过2号机组改造来摸更换过程中,发现三台机组拉紧螺杆都发生变形,通过实践,2号机在不退出磁轭大键更换拉紧螺杆,螺杆在拔出过程中被拉断,只能拆除磁轭冲片,工期较长;而1号机和3号机吸取2号机的经验,直接退出磁轭大键再更换螺杆所需工期大大缩短.4机组改造效果经过近7个多月的机组改造,2号机组在下机架未增加油池外环板及相应千斤顶,其它方面按改造方案改造完成后进行机组过速143%试验时,仍感觉地板晃动,但较原先过速情况其机组振动,摆度值均明显改善,1号机组按照改造方案完全实

13、施后,机组过速感觉较好,其振动,摆度值见表1.(上接第68页)施工中采用的通冷却水,增加粉煤灰掺量,合理养护m的情况下,没有出现温度裂缝.实践证明溪洛渡左岸1号3号导流洞进口闸室竖井混凝土施工中所采取的温控措施是合理的,目前,经过改造后的2号机组可带85MW负荷安全运行,1号机组可带额定负荷100MW安全运行,机组甩额定负荷转速139.14%nr,各部轴承油温,瓦温正常.机组异常噪音已彻底解决,发电机风道设计更加完善,定子温升表计显示均未超过70,较为正常.发电机转子接地问题偶尔出现,后期对转子有可能的接地位置进行了涂抹环氧胶处理,处理情况较好.表I机组改造前后过速振动,摆度情况表tan5结束语马鹿塘水电站二期工程采用大容量,高转速发电机,由于制造厂家设计,制造经验不足,造成机组在满足合同要求投产发电日期延误半年之久,现场多次对机组转子吊出进行机组改造,增加了现场施工量,