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一起水輪發電機組空載試驗擺度超標故障分析及處理過程

文檔作者：朱占宏，黎華文檔來源：浙江江能建設有限公司第八分公司		點擊數：	更新時間： 2025年06月03日
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收稿日期：2014-09-28
作者簡介：朱占宏（1977-），男，工程師，從事水電站機電設備安裝、
檢修、調試及項目管理。
一起水輪發電機組空載試驗
擺度超標故障分析及處理過程
朱占宏，黎華
（浙江江能建設有限公司第八分公司，浙江杭州310004）
摘要：水輪發電機組擺度超標嚴重影響機組安全穩定運行，本文從一起新投產機組啟動調試過程中，發生的擺度
超標故障，再現故障分析及處理的全過程，為以后機組發生類似問題提供借鑒和參考。
關鍵詞：水輪發電機組；空載試驗；擺度；故障分析；處理
中圖分類號：TK730.7 文獻標識碼：B 文章編號：1672-5387（2015）01-0043-03
DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.01.014
1 水輪發電機組參數
橙子溝水電站位于甘肅省隴南市境內的白龍江
干流上，為徑流引水式電站，電站安裝3 臺懸吊式立
軸混流式水輪發電機組，單機容量38.33 MW，總裝
機容量為115 MW。水輪發電機組相關參數見表1。
2 機組啟動試驗過程及故障現象
2.1 機組空轉試運行
水輪發電機組啟動試驗按經批準的啟動試驗大
綱嚴格執行，無勵開機至空轉，在額定轉速下測量機
組各部運行工況數據如表2。
根據上述測量數據，表明機組擺度穩定運行在
各部瓦間隙以內（上導單邊設計間隙0.15~0.20 mm
（實際單邊間隙0.16 mm）； 下導單邊設計間隙
0.15~0.20 mm（實際單邊間隙0.18 mm）），振動擺度
符合要求。
2.2 機組空載試運行
在機組空轉試運行正常并按試驗大綱要求完成
其他試驗后，機組進入有勵空載試驗，機組在零起升
壓時發生如下情況：機組的上導、下導擺度隨勵磁電
流的逐漸升高而增大，在發電機機端額定電壓
（ e=10.5 kV）時上導最大峰值達到380 μm，下導最
大峰值達到590 μm。錄制波形見圖1。
從波形圖可以看出一個趨勢：機組的擺度隨勵
磁電流的增大而增大，在機端額定電壓下擺度達到
峰值，當勵磁系統逆變后擺度值突變，重新回到正常值。
3 故障分析及處理
3.1 故障分析
由于機組在無勵磁下運行正常，帶上勵磁后擺
度嚴重偏大，很容易想到發生這種情況的因素是由
于磁拉力的影響，但極難進行定量測試。綜合故障情
況分析主要有以下幾種原因：
（1）機械部分原因
1）導瓦間隙松動；
2）機組安裝時軸線超差；
3）固定部分基礎螺栓、連接螺栓及轉動部件螺
表1 機組參數
參 數 水輪機 發電機
型號 HLA551-LJ-310 SF38.33—32/6400
單件最大重量 轉輪35 t 轉子180 t
旋轉方向 俯視逆時針
額定水頭 50.4 m
轉速 187.5 r/min
額定功率 38.33 MW
連接方式 2Y
表2 空轉運行測試數據
機組各部振動 /μm 機組各部擺度 /μm
上機架X 向水平振動 34 上導X 向擺度 134
上機架Y 向水平振動 36 上導Y 向擺度 141
上機架Z 向垂直振動 27 下導X 向擺度 175
下機架X 向水平振動 20 下導Y 向擺度 172
下機架Y 向水平振動 25 水導X 向擺度 108
水導Y 向擺度 112
第38 卷第1 期水電站機電技術Vol.38 No.1
2015 年01 月Mechanical &amp;amp; Electrical Technique of Hydropower Station Jan.2015 43
栓是否松動；
（2）造成磁拉力不均勻有以下原因
1）轉子匝間短路；
2）定、轉子空氣間隙不均勻；
3）定子繞組匝間短路（2Y 接線方式下繞組匝間
短路形成的環流，圖2）。
若第2 分支發生匝間短路將產生電勢差：
c= 1- 2（各電勢均為相量），由電勢差c 產生環
流a。環流在定子繞組里產生感應磁場，對定、轉子
氣隙磁場產生影響且不均勻。
3.2 故障排查過程
（1）導瓦可能松動間隙變大的檢查：拆除軸承端
蓋分別檢查導瓦抗重螺栓、抗重螺栓鎖緊板、導瓦絕
緣槽壓板螺栓是否松動，經檢查緊固部位無松動，復
測瓦間隙及瓦絕緣無異常，導瓦瓦面無磨損。
（2）查機組安裝記錄，機組盤車時調整軸線符合
要求（下導處、水導處相對擺度均小于0.02 mm/m）。
（3）查機組安裝記錄，轉子交流阻抗數據符合要
求。機組在膛內分別測試單個磁極交流阻抗并相互
比較符合要求，機組在無勵空轉運行下測量整體交
流阻抗與靜態無明顯差別。
（4）復測定、轉子空氣間隙，數據符合要求。
（5）機組升壓過程中，檢查橫差保護采樣值差流
在規范內。拆除兩個中性點連接銅排，切斷可能造成
環流的回路，升壓過程測量機組擺度值依然無改善。
上述可能造成機組擺度大的原因均作檢查，情
況并未改善，可以排除。故障處理似乎陷入一種絕
境。重新整理思路：機組上導實際單邊間隙為0.16 mm，
總間隙0.32 mm。下導單邊間隙0.18 mm，總間隙
0.36 mm。但在升壓到額定值時下導擺度峰值（無干
擾數據：一倍頻值占絕對比重，諧波分量影響?。┻_
590 μm，遠遠超過瓦間隙。那么這多出來的擺度從
什么地方來呢？而且機組以超過瓦間隙的擺度值運
行，導瓦溫度為何無急劇上升或溫度超高、瓦面無磨
損現象？
帶著這些疑問，為故障處理又指明了方向：應重
新分解導軸承，包括全面分解檢查導瓦：“U”形絕緣
槽板、絕緣槽壓板、鉻鋼墊、抗重螺栓及鎖板。檢查鉻
鋼墊與絕緣槽壓板是否緊貼密實無間隙；檢查“U”
形絕緣槽板與瓦背配合情況；檢查“U”形絕緣槽板
與絕緣槽壓板配合情況。檢查過程中發現以下問題：
“U”形絕緣槽板與瓦背及絕緣槽壓板在相互緊貼時
邊角部位及中間部位有局部拱起現象（“U”形絕緣
槽板是用環氧玻璃布板壓制而成，有局部翹拱及波
浪度），本應緊貼密實無間隙的地方存在局部間隙。
圖1 故障處理前零起升壓過程中機組各部擺度
圖2
44 水 電 站 機 電 技 術 第38卷
“U”絕緣槽板位于瓦背與絕緣槽壓板之間，起著轉
動部分與固定部分絕緣的作用防止軸電流，之間的
連接緊固僅靠壓板上的2 顆M20 螺栓把合，機組安
裝時緊固把合螺栓難以消除局部間隙，且局部間隙
多位于中間受力點處極難發現。當機組運行時，其轉
動慣性力將使拱起部位產生變形，導致原調整間隙
變大（受力撤消后自動返回原狀），轉動部分徑向力
無法限制。
3.3 故障處理過程
（1）將“U”絕緣槽板局部翹拱部位打磨找平，并
按瓦背、壓板的配合面反復修配直至緊貼密實無間隙；
（2）按實際情況縮小設計單邊間隙；
根據機組空轉磨瓦時瓦溫情況（上導最高39.2 ℃，
下導最高37.8 ℃），將原設計單邊間隙0.15~0.20 mm
縮小為0.10~0.15 mm。實際調整間隙：上導單邊間隙
0.11 mm，下導單邊間隙0.13 mm。
（3）在空載運行情況下進行動平衡試驗并配重，
以求進一步減小機組振動，優化運行工況；
結合機組穩定分析監測系統分別在空轉態、空
載態下進行動平衡試驗，利用鍵相傳感器找出各自
的不平衡點方位、計算配重重量。重點考查空載態時
的動平衡狀況，盡可能兼顧空轉態。
機組處理后，各部運行工況見錄制波形點位圖
（圖4）
圖3 導瓦結構圖
圖4 故障處理后零起升壓過程中機組各部擺度
由圖4 可以看出，機組在升壓過程中各部擺度
與起勵前無明顯變化，其中上導擺度最大值為90 μm，
下導擺度最大值為150 μm。以空載態進行動平衡
試驗并經配重后機架水平、垂直振動均小于15
μm，對運行工況進一步優化。其他兩機組在啟動試
驗的過程中均發生類似問題，采取相同的方法處理
后，運行工況正常，再次驗證故障分析及處理方法合理。
4 結語
水輪發電機組的振動、擺度數據是考核機組穩
定運行的重要參數，機組安裝過程中應嚴格把握影
響振動、擺度的關鍵工序。在進行各導軸承安裝、導
瓦間隙調整時應密切關注可能導致瓦間隙數據不真
實的各種因素（包括設備制造、現場安裝因素）。發生
故障時應綜合分析各種原因并逐步排查，充分利用
各種先進檢測儀器和工具。本次進行故障檢測分析
時就借助了“機組穩定分析檢測系統”作為輔助工
具。單靠傳統工藝方法在特殊工作環境（如機組內
部）下排查、處理故障是不可想象的。
朱占宏，等：一起水輪發第1 期 電機組空載試驗擺度超標故障分析及處理過程

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