CN113295412B

CN113295412B - 一种检测立式水轮发电机组导轴承受力不平衡原因的方法

Info

Publication number: CN113295412B
Application number: CN202110580886.1A
Authority: CN
Inventors: 张宏; 张兴明; 吴明波; 吴涛; 邢志江; 王江; 杨昶宇; 郗发刚; 禹跃美
Original assignee: Huaneng Lancang River Hydropower Co Ltd
Current assignee: Huaneng Lancang River Hydropower Co Ltd
Priority date: 2021-05-26
Filing date: 2021-05-26
Publication date: 2022-10-11
Anticipated expiration: 2041-05-26
Also published as: CN113295412A

Abstract

本发明提供一种检测立式水轮发电机组导轴承受力不平衡原因的方法，包括：1）从现有监测***获取发电机组各个导轴承相应数据；2）设定发电机组各个导轴承相应数据；3）根据水轮发电机组相就参数及工况，进行比较后，得到摆度是否正常：4）找出摆度异常原因；5）采取措施处理摆度异常问题；6）处理结果检验。有效、准确、提前检测出水轮发电机组对应导轴承摆度异常的原因，并进行预警、处理，为水轮发电机机组检修、维护提供参考和指导，防止事故扩大，减少因故障扩大进行抢修而造成的损失，避免给企业带来巨大的经济损失。

Description

一种检测立式水轮发电机组导轴承受力不平衡原因的方法

技术领域

本发明涉及一种检测立式水轮发电机组导轴承受力不平衡原因的方法，属于水轮发电机机故障检测技术领域。

背景技术

立式水轮发电机组由定子、转子、转轮、大轴及各导轴承等部件组成，各导轴承的作用是将水轮发电机大轴的摆度限制在设定范围之内，以确保机组运行安全。各导轴承包括上导轴承、下导轴承、水导轴承，其中半伞式机组无下导轴承，典型立式水轮发电机组的结构见图1。导轴承一般由大轴、轴领、轴瓦、油盆等组成，导轴承结构见图2。油盆内装有冷却介质，通过冷却介质降低轴领、轴瓦的温度，最终保护机组正常运行。在机组安装、运行过程中，不可避免地会因制造、安装工艺存在的误差而造成部件摩擦、磨损，引起转子、大轴、导轴承受力不平衡，这些不平衡的受力按特性可分为机械、电磁、水力、热不平衡四种，并作用在上导、下导、水导轴承上，造成摆度增大，甚至使机组失稳而造成事故。

现有发电机组的计算监控***，对各导轴承摆度均设有报警值、跳机值，一旦超过报警值及时报警，超过跳机值及时跳机。因水轮发电机组承担调峰调频任务，需频繁穿越振动区，在穿越振动区的过程中摆度增大，因此报警值相对较宽，且是延时报警，并非及时预警。因此在开展原因分析时，仍依靠事后(故障后)的数据进行整理，并按照人为经验进行分析，不仅费时费工，而且不能满足适时检测的要求。因此，有必要对现有技术加以改进。

发明内容

本发明旨在提供一种检测立式水轮发电机组导轴承受力不平衡原因的方法，包括下列步骤：

1)从现有的发电机组在线监测***获取发电机组各个导轴承的：摆度峰峰值Y、摆度一倍频幅值Y₁、发电机组负荷出力P、发电机组转速N、发电机组出口断路器位置、轴领上端面温度T；

2)设定各个导轴承摆度峰峰值Y的报警值为Ybi，各个导轴承摆度一倍频幅值Y₁的报警值为Y₁bi,各个导轴承对应的轴领上端面温度报警值为Tbi，其中i＝i_上、i_下、i_水；

3)根据水轮发电机组的导叶开度、转速、发电机出口断路器位置、励磁电流，发电机组的下列工况：

开机变转速工况：发电机组转速从0升高至额定转速的过程；

空转工况：发电机组维持额定转速运行、未加励磁电流、出口断路器未合闸；

空载工况：发电机组维持额定转速运行、已加励磁电流，发电机端电压为额定电压，发电机组出口断路器分闸；

带负荷工况：发电机组维持额定转速运行、已加励磁电流，发电机端电压为额定电压，发电机组出口断路器合闸并向电网送电；

进行下列比较：

31)各个导轴承摆度峰峰值Y＜步骤2)设定的报警值Ybi，说明摆度正常；其中i＝i_上、i_下、i_水；

32)各个导轴承摆度峰峰值Y＞步骤2)设定的报警值Ybi，说明摆度异常，其中i＝i_上、i_下、i_水；

4)按下列找出步骤32)的摆度异常原因：

41)在发电机组开机变转速工况下，按照下列公式进行计算k1，以确定对应导轴承摆度峰峰值Y变化是否与发电机组转速变化的平方呈正比比例增加：Y∝k1*N²+b，

其中：Y为对应导轴承摆度峰峰值，N为发电机组转速，b为常数，通过上式计算得到k1；

按照下列公式计算对应导轴承摆度一倍频幅值是否在对应导轴承摆度峰峰值中的占比系数：

其中：Y为对应导轴承摆度峰峰值，Y1为对应导轴承摆度一倍频幅值；

当k2＞0.5时,对应导轴承摆度一倍频幅值在对应导轴承摆度峰峰值中占比系数超过一半，即对应导轴承摆度一倍频幅值Y₁占主要成分，则为机械不平衡引起的摆度异常；

42)在发电机组空载工况下，对应导轴承的摆度峰峰值Y＞报警值Ybi，且摆度变化与励磁电流的变化呈正比，则为电磁不平衡引起的摆度异常；

43)在发电机组带负荷工况下，对应导轴承的摆度峰峰值Y＞报警值Ybi，导叶主要集中在0～40％、90％～100的开度之间，且摆度峰峰值Y维持稳定，则为水力不平衡引起的摆度异常；

44)在发电机组带负荷工况下，带相同负荷对应导轴承摆度峰峰值Y随着时间推移而增大，且对应导轴承对应的轴领上端面温度增加，则为热不平衡引起的摆度异常；

5)采取措施处理因步骤4)原因而带来的摆度异常问题；

6)处理结果检验：当对应导轴承摆度峰峰值Y＜报警值Ybi，证明步骤5)的处理措施取得效果。

所述步骤5)的措施如下：

对机械不平衡引起的对应导轴承摆度异常，采用动平衡试验增加配重块进行平衡处理；

对电磁不平衡引起的对应导轴承摆度异常，通过调整转子圆度进行处理；

对水力不平衡引起的对应导轴承摆度异常，通过转轮修型方式进行处理；

对热不平衡引起的对应导轴承摆度异常，通过查找摩擦生热部位、调整间隙进行处理。

本发明具有下列优点和效果：

1)有效检测出水轮发电机组对应导轴承摆度异常的原因，为水轮发电机机组检修、维护提供参考和指导。

2)准确、提前检测出水轮发电机组对应导轴承摆度异常的原因，并进行预警，为运行值班人员在突发异常的情况下采取应对措施提供参考。

3)通过提前预警、处理，防止事故扩大，减少因故障扩大进行抢修而造成的损失。

4)按照单机容量70万千瓦计算，每多停机一小时，损失为14万元，避免给企业带来巨大的经济损失。

附图说明

图1为现有立式水轮发电机组的结构示意图；

图2为其中一个导轴承结构示意图。

下面结合实施例对本发明做进一步描述。

实施例1

某电厂1号机组为立式水轮发电机组，额定功率为250WM，额定转速为125转/分钟，额定励磁电流为1740A。

发电机组大修后，自启动发电机组运转0-2小时的时间内，记录了相关数据，并检测各个导轴承受力是否不平衡，因水轮发电机组设置有上导、下导、水导三道导轴承，且各导轴承结构相似，受力不平衡的原因也相似，因此上导、下导、水导轴承的检测方法通用，本实施例1仅就该发电机组的上导轴承受力是否不平衡进行检测，而其余的下导、水导轴承的受力不平衡的检测与本实施例1的上导检测完全相同，具体的检测方法包括下列步骤：

1)自启动发电机组运转0-2小时的时间内，每隔5-6秒从现有的发电机组在线监测***获取一组发电机组上导轴承的：摆度峰峰值Y、上导轴承摆度一倍频幅值Y1、发电机组负荷P、发电机组转速N、出口断路器位置、轴领上端面温度T、励磁电流I，分别如下表：

注：发电机组转速N用百分数表示，100％表示额定转速，即125转/分钟；额定励磁电流为1740A，励磁电流I小于10A，表示未加入励磁电流；出口断路器位置为0时为分闸位置，出口断路器位置为1时为合闸位置，由发电机组向电网输送电能；机组额定负荷，即有功功率为250MW，负荷P小于1MW的，说明未带负荷或带较小负荷；

2)设定上导轴承摆度峰峰值Y的报警值Yb_上为350μm、摆度一倍频幅值报警值Y₁b_上为210μm，上导轴承对应的轴领上端面温度报警值Tb_上为45℃；

3)根据水轮发电机组的导叶开度、转速、发电机出口断路器位置、励磁电流，发电机组的工况为开机变转速；

进行下列比较：

31)由于上导轴承摆度峰峰值Y维持在418μm以内，大于步骤2)设定的摆度峰峰值的报警值Yb_上＝350μm，说明摆度异常；

4)通过下列找出步骤31)的摆度异常原因：

41)发电机组工况为开机变转速：由0—100％Ne,Ne为额定转速，按照下列公式计算k1，以确定上导轴承摆度峰峰值Y变化是否与发电机组转速变化的平方呈正比比例增加：

Y∝k1*N2+b，其中Y为上导摆度峰峰值，N为转速，b为常数＝14～17，通过上式计算得到k1＝320～360，如下表；

说明上导轴承摆度峰峰值Y变化与转速变化的平方呈正比比例增加关系；

按照下列公式计算上导轴承摆度一倍频幅值是否占主要成分：

其中：Y为上导轴承摆度峰峰值，Y₁为上导轴承摆度一倍频幅值，通过上式计算得到k2为0.67～0.77,如下表：

即K2＞0.5，说明上导轴承摆度一倍频幅值Y₁在上导轴承摆度峰峰值Y中占主要成分，说明该摆度异常为机械不平衡原因引起；

5)通过采取动平衡试验，增加配置块后，重新获取数据如下表：

6)处理结果检验：上导轴承摆度峰峰值维持在100μm左右，最大值为141.2μm，小于报警值350μm，说明步骤5)的处理措施取得效果。

实施例2

某电厂4号发电机组为立式水轮发电机组，额定功率为350WM，额定转速为75转/分钟，额定励磁电流为2650A，发电机组大修后启动机组试验期间，记录了上导轴承的相关数据，检测力不平衡，检测方法包括下列步骤：

1)自启动发电机组运转0-1小时的时间内，每隔5-6秒从现有的发电机组在线监测***获取机组上导轴承摆度峰峰值Y、上导轴承摆度1倍频幅值Y₁、机组负荷出力P、转速N、出口断路器位置、轴领上端面温度T，如下表：

注：机组转速N用百分数表示，100％表示额定转速；额定励磁电流为2650A，励磁电流I小于10A，表示未加入励磁电流；出口断路器位置为0时表示在分闸位置，为1表示合闸位置机组向电网输送电能；机组额定负荷为350MW，负荷P小于1MW左右，说明未带负荷或带负荷很小；

2)设定上导轴承摆度峰峰值Y的报警值Yb_上为350μm，上导轴承对应的轴领上端面温度报警值Tb_上为45℃；

3)根据水轮发电机组的导叶开度、转速、发电机出口断路器位置、励磁电流，发电机组的工况，进行下列比较：

31)空转工况下，上导轴承摆度峰峰值Y维持在85μm左右；空载工况下，上导轴承摆度峰峰值Y维持在78μm左右；发电工况下，上导轴承摆度峰峰值Y维持在80μm左右，均小于报警值350μm，1:42:51起，摆度峰峰值Y从98.2μm上升到405μm左右，大于报警值，说明摆度存在异常；

异常原因判断如下：

41)机械不平衡因素判断：机组开机变转速(0至100％Ne,Ne为额定转速)，机组空转工况(机组维持额定转速运行，未加励磁电流、出口断路器未合闸)摆度峰峰值基本恒定维持在78μm左右，且小于报警值,可以排除机械不平衡原因；

42)电磁不平衡因素判断：机组额定空载工况(机组维持额定转速运行，机组已加励磁，机端电压为额定电压，机组出口断路器分闸)下摆度峰峰值维持在78μm左右，小于报警值，可排除电磁不平衡原因；

43)水力不平衡因素判断：机组带负荷工况(机组维持额定转速运行，已加励磁，机端电压为额定电压，机组出口断路器合闸向电网送电)，下摆度峰峰值维持在80μm左右，小于报警值，可以排除水力不平衡原因；

41)热不平衡因素判断：排除上述原因，机组带负荷工况下，带相同负荷上导轴承摆度峰峰值Y随着时间推移而增大，1:42:51起，摆度峰峰值从98.2μm上升到405μm左右，大于报警值350μm，且上导轴承对应的轴领上端面温度由43℃增长到60.4℃，大于报警值45℃，说明为热不平衡原因引起；

5)结合机组停机检修，检查发现上导轴承油盆盖板密封发生位移，运行过程中密封盖板与轴领发生摩擦，产生热量，造成轴领膨胀变形，上导摆度峰峰值增大，调整密封后重新获取数据，如下表：

6)处理结果检验：处理后空转工况上导轴承摆度峰峰值维持在81μm左右，小于报警值350μm，说明处理达到了效果。

通过以上的实施例1、2，证明该方法能够准确的分析判断水轮发电机组导轴承力不平衡的原因，并提前报警，给水电厂安全稳定运行奠定了基础。

Claims

1.一种检测立式水轮发电机组导轴承受力不平衡原因的方法，其特征在于包括下列步骤：

1）从现有的发电机组在线监测***获取发电机组各个导轴承的：摆度峰峰值Y、摆度一倍频幅值Y₁、发电机组负荷出力P、发电机组转速N、发电机组出口断路器位置、轴领上端面温度T；

2）设定各个导轴承摆度峰峰值Y的报警值为Ybi，各个导轴承摆度一倍频幅值Y₁的报警值为Y₁bi,各个导轴承对应的轴领上端面温度报警值为Tbi，其中i=i_上、i_下、i_水；

3）根据水轮发电机组的导叶开度、转速、发电机出口断路器位置、励磁电流，发电机组的下列工况：

开机变转速工况：发电机组转速从0升高至额定转速的过程；

进行下列比较：

31）各个导轴承摆度峰峰值Y＜步骤2）设定的报警值Ybi，说明摆度正常；其中i=i_上、i_下、i_水；

32）各个导轴承摆度峰峰值Y＞步骤2）设定的报警值Ybi，说明摆度异常，其中i=i_上、i_下、i_水；

4）按下列找出步骤32）的摆度异常原因：

41）在发电机组开机变转速工况下，按照下列公式进行计算k1：Y∝k1*N²+b，

其中：Y为对应导轴承摆度峰峰值，N为发电机组转速，b为常数，以确定对应导轴承摆度峰峰值Y变化是否与发电机组转速变化的平方呈正比比例增加，如果是，则按照下列公式计算对应导轴承摆度一倍频幅值是否在对应导轴承摆度峰峰值中的占比系数：

当k2＞0.5时, 对应导轴承摆度一倍频幅值在对应导轴承摆度峰峰值中占比系数超过一半，即对应导轴承摆度一倍频幅值Y₁占主要成分，则为机械不平衡引起的摆度异常；

42）在发电机组空载工况下，对应导轴承的摆度峰峰值Y＞报警值Ybi，且摆度变化与励磁电流的变化呈正比，则为电磁不平衡引起的摆度异常；

43）在发电机组带负荷工况下，对应导轴承的摆度峰峰值Y＞报警值Ybi，导叶主要集中在0～40%、90%～100的开度之间，且摆度峰峰值Y维持稳定，则为水力不平衡引起的摆度异常；

44）在发电机组带负荷工况下，带相同负荷对应导轴承摆度峰峰值Y随着时间推移而增大，且对应导轴承对应的轴领上端面温度增加，则为热不平衡引起的摆度异常；

5）采取措施处理因步骤4）原因而带来的摆度异常问题；所述措施如下：

对热不平衡引起的对应导轴承摆度异常，通过查找摩擦生热部位、调整间隙进行处理；

6）处理结果检验：当对应导轴承摆度峰峰值Y＜报警值Ybi，证明步骤5）的处理措施取得效果。