马鹿塘水电站二期工程高转速机组问题及解决

动的固有频率加地以上，在机组额定转速及１．５
倍过速时不会产生谐振。会议确定机组改造按以下
万方数据
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： １）挡风板。发电机下挡风板采用非磁性材料
ｌ Ｃｒｌ８ Ｎｉ９
目前，经过改造后的２号机组可带８５ ＭＷ负荷 安全运行，１号机组可带额定负荷１００ ＭＷ安全运 行，机组甩额定负荷转速１３９．１４％１１１＂，各部轴承油
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ｌ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。
５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，改造过程处理问题认识不足，２号机组还需进
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 致机械过速装置动作事故停机。现场明显感到地面 震动异常，机组上导油盆油位计晃动剧烈，机组下游 侧盘柜因晃动发出明显声响。过速过程中振摆监测 数据：上机架水平振动１．３ ｍｍ，上导最大摆度１．４４ ｉＴａ＇ｎ，下机架水平振动Ｉ．４４ ＩＴａＴＩ，下导最大摆动值２．３９ ＩＴｉｌｎ，水导摆度０．８３ ｍｉｌｌ。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 存在３ Ｉｎｎｌ左右楔形间隙，用０．０３ ｍｍ塞尺检查深 度，上磁轭压板带３０ ｗａｎ左右高的磁轭铁片向外侧
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
一步完善处理。国内类似的周宁水电站、瑞丽江水
电站同转速机组也出现过类似的振动偏大问题，这
值均明显改善，ｌ号机组按照改造方案完全实施后，
机组过速感觉较好，其振动、摆度值见表ｌ。 （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 等温控措施，在环境温度近３０℃、浇筑层厚度近８．０ ｍ的情况下，没有出现温度裂缝。 实践证明溪洛渡左岸ｌ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、
可能是类似机组的固有特性，有待制造厂家和科研
机构作更进一步的科研工作。
÷｝＿暑・｝斗Ｈ・｝－｛・Ｈ・Ｈ・｝．｛・｝＿｛・ｌ－ｑ・｝｛・Ｉ－Ｉ・｝一暑・Ｈ－｝斗｝一｛・｝－｛・｝＿｛・｝＿｛・｝斗Ｈ・Ｈ・｝｛・Ｈ・｝．｛・｝－｛・Ｈ・Ｈ－｝÷ｋ－ｉ・｝÷Ｈ・｝＿｛・｝一｛・Ｈ・｝－｛・｝＿｛・｝＿暑・｝÷ｂ－１－ｂ－Ｉ・Ｆ－ｔ・｝斗｝÷｝斗｝一｛＋
Ｉ）１３１：１０．３９６９０．ｉｍ．１００６—３９５１．２０１１．０１．０２９
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。
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４２１．９７ ｍ，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ＣＢ８５６４机组的运行摆度和振动
３９
额定功率因数０．８７５，额定电压１３．８ ｋｖ，额定电流
４ ７８１．４
Ａ，飞逸转速７３０ ｒ／ｍｉｎ，转动惯量ｃｉ）２大于
ｏ
１ ６００ ｔ．ｍ２
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
器管路、空气冷却器及测温系统等部件组成。该机 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。
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胛，水平不大
于５０／ａｎ；定子机座水平不超过２０ ｌａｎ，水轮机顶盖
５４００单机额定容量１００ ＭＷ，额定转速４２８．６
ｒ／ｍｉｎ，
垂直、水平不大于３０脚进行考核。
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 ｔｎｎ。水平４５／ａｎ；定子机座水平不超过８．７ ｔａｎ，水 轮机顶盖垂直不大于８。９ ｔａｎ，水平不大于１４．３肿。
５０
的查找工作。 ２．４确定机组初步投运方式 机组在过速１２９％后振动出现异常，在带５０ ＭＷ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５０ ＭＷ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。 ３．１确定机组改造方案 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 马鹿塘水电站二期工程水轮发电机技术咨询会。会 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 步核算。核算时要充分考虑上机架与机座的整体刚 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 因素。同时通过有限元计算出上机架腿之间连接及 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 当的优化。通过以上分析计算提出详细的分析计算 成果和具体实施方案。①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，确保其刚强度满足要求并 固定牢靠。②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
产生位移，下磁轭压板与磁轭可观察到周向约１咖
位移，磁轭键卡板焊缝个别有焊缝开裂现象，转子上
・收稿日期：２０１０—０６—３０ 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。
万方数据
云南水力发电
２０１１年第１期
磁轭压板分缝处阻力环拉杆销焊缝开裂（上、下共计 ６处），个别磁轭拉紧螺杆螺母点焊焊缝开裂。２号 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％ＩＬｌ＂和机组最大负荷
２机组运转后出现的问题及初步处理
２．１机组过速振动
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６０６ Ｉｎ，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
上升率１４７％，蜗壳进口最大压力值４４７ ｌ，ｒｌ。由于机
电站最大水头３８２．８０ｍ，额定水头３４０．００ｍ，最小水
头２９９．４０ｍ。电站总装机容量３×１００ＭＷ，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 轮机厂生产源自货，水轮机进水阀采用ＤＮｌ８００球阀。
ｌ
ＳＦｌ００—１４１５４００水轮发电机结构特点
马鹿塘水电站二期工程水轮发电机ＳＦｌ００—１４１
ＭＰａ
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ｌ机组改造前后过速振动、摆度情况表ｔａｎ
导致接地，对该部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５ Ｉ＂ＦｆｌＴＩ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 索和完善改造方案。在机组改造转子磁轭拉紧螺杆
Ｔｉ，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。①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；②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刚度。 ３）拉紧螺杆。更换转子拉紧螺杆为４２ ＣｒＭｏ调 质银亮钢，由原磁轭片间压力５ ＭＰａ提高至６ 以上。提高磁轭的整体性能。 ４）接地。根据２号机组转子动态一点接地原 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
３５ Ｃｒ
ＭＷ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。 ２．２机组异常噪音 ３号机进行动平衡试验达标后机组按１２０％Ｉｌｌ＂ 过速试验，过速后机组检查无异常。进行发电机升 流试验时，即在发电机短路特性试验１００％ｌｒ时，机 组出现声音异常变大情况，测量噪音达１０６—１０９分 贝，且下导的摆度值增大，由０．２３ ｎ肋变至０．４４
第２７卷 第１期
云南水力发电
ＹＵＮＮＡＮ ＷＡＴＥＲ ＰＯＷＥＲ １０３
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、下挡风叛噪音、磁轭片间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，严霞影响电 站的正常移交及投运后的可靠运行，文章就机组出现的Ｉ珂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；振动；缺陷及处理 中图分类号：ＴＫ７３３＋．１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００６—３９５１（２０１１）Ｏｌ—０１０３—０３
Ｍｏ更换为强度更高的４２
Ｃｒ
Ｎｏ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。 ３．２机组改造实施情况 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
ｌ删。同样ｌ号机组试运行与３号机组均出现类似
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３００ Ｉ－Ｉｚ引起，一部分７００ Ｉ－ｌｚ，少数１００ Ｉ－ｌｚ，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、下挡风板，在拆卸挡风板时还发现了挡 风板个别焊缝出现裂纹。３号机和ｌ号机拆除挡风 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。 ２．３转子一点接地 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 子一点接地信号，停机后转子接地消失。采取多种 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ｌ号和２号磁极之间，由 于转子磁极设计结构原因只能吊出转子进行进一步