大型全空冷水輪發(fā)電機(jī)組故障診斷與分析方法研究.pdf

1、隨著我國的水電總裝機(jī)容量和水電機(jī)組單機(jī)容量的不斷增大，我國已成為世界最大的水電裝機(jī)容量大國，如何保證大型水輪發(fā)電機(jī)組安全、可靠、平穩(wěn)地生產(chǎn)電能，對(duì)電力生產(chǎn)企業(yè)非常重要。
　　全空冷方式因?yàn)榫哂薪Y(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)量小和運(yùn)行安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，已成為大型水輪發(fā)電機(jī)組的主要冷卻方法。然而，由于定子導(dǎo)體的熱量釋放比較困難，容易引起溫度升高。低水頭混流式的水輪機(jī)是大流量軸向流機(jī)械，在導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪進(jìn)口之間的流道內(nèi)具有很強(qiáng)的三維流動(dòng)，將引起水輪機(jī)較大的振

2、動(dòng)。水輪發(fā)電機(jī)組盤車過程中，往往會(huì)出現(xiàn)擺度曲線不規(guī)則，軸瓦間隙調(diào)整不合理等現(xiàn)象，進(jìn)而造成三部導(dǎo)軸瓦不同心、軸瓦間隙不均勻等問題，并可能導(dǎo)致瓦溫偏高、擺度過大等現(xiàn)象。定子溫升偏高、機(jī)組振動(dòng)嚴(yán)重、軸瓦間隙調(diào)整不合理等都會(huì)危及機(jī)組的安全。而且，由于大型全空冷水輪發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)電磁設(shè)計(jì)和水力學(xué)調(diào)保計(jì)算設(shè)計(jì)影響因素復(fù)雜，運(yùn)行時(shí)受到機(jī)械、電磁和水力等耦合因素的影響，使得機(jī)組故障信息具有隨機(jī)性、模糊性和不確定性等特點(diǎn)，故障形式復(fù)雜多樣，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)測

3、量與頻譜分析方法又難以保證故障診斷的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。
　　因此，本文在分析大型全空冷水輪發(fā)電機(jī)組故障特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，研究了機(jī)組容易出現(xiàn)的定子繞組溫升偏高、機(jī)組振動(dòng)和軸瓦間隙調(diào)整不合理等故障診斷和分析方法，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的故障診斷與分析。開展的主要研究工作和創(chuàng)新性成果如下:
　　(1)針對(duì)大型全空冷水輪發(fā)電機(jī)定子繞組溫升偏高的工程實(shí)際問題，研究了定子繞組渦流損耗和環(huán)流損耗，以及定子繞組三維溫度場的優(yōu)化計(jì)算方法、同相槽和異相槽對(duì)定子繞組

4、Field系數(shù)的影響規(guī)律，以及定子繞組環(huán)流的計(jì)算方法，提出了基于電磁場-流場-溫度場等多種物理場耦合的定子繞組溫升超標(biāo)綜合故障診斷與分析方法，并用來診斷分析景洪水電站5臺(tái)35萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)組的定子繞組溫升偏高的問題。根據(jù)診斷結(jié)果，對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行改造，試驗(yàn)結(jié)果表明發(fā)電機(jī)定子線棒最大溫升從原來的90.6K下降為75K，取得了應(yīng)有的成效，并用于指導(dǎo)后續(xù)大型全空冷水輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)和制造。
　　(2)針對(duì)水電機(jī)組大部分故障是以復(fù)雜的振動(dòng)形式

5、表現(xiàn)出來的特點(diǎn)，深入分析了具體振動(dòng)原因，建立了基于振動(dòng)故障特征參數(shù)法機(jī)組軸系動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型，利用該模型計(jì)算出機(jī)組上導(dǎo)、下導(dǎo)和水導(dǎo)彎曲量，轉(zhuǎn)子不平衡量，主軸與鏡板不垂直度，轉(zhuǎn)輪不平衡力等，并用該模型對(duì)線性穩(wěn)態(tài)的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行了診斷與分析。同時(shí)針對(duì)機(jī)組非線性非平穩(wěn)振動(dòng)擺度信號(hào)，提出了一種改進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EnsembleEmpiricalModeDecomposition，EEMD)和希爾伯特黃變換(Hilbert-HuangTransfo

6、rm，HHT)方法，來提取了水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)擺度信號(hào)的故障特征，并進(jìn)行診斷分析。實(shí)際工程應(yīng)用結(jié)果說明，本文提出的基于軸系動(dòng)力學(xué)模型的特征參數(shù)計(jì)算方法和改進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解和希爾伯特黃變換分析法，能有效提高水輪機(jī)振動(dòng)監(jiān)測的準(zhǔn)確性。
　　(3)針對(duì)大型水輪發(fā)電機(jī)組盤車擺度波形不規(guī)則的特點(diǎn)，分析研究水電機(jī)組軸瓦間隙調(diào)整方法和基于誤差最小二乘法的盤車擺度計(jì)算方法，提出了一種基于盤車軸心軌跡最小外接圓的導(dǎo)軸瓦應(yīng)調(diào)間隙的優(yōu)化方法。該方法適用于盤

7、車擺度波形不規(guī)則、軸心軌跡不圓的情況。工程實(shí)例應(yīng)用表明，本文提出的導(dǎo)軸瓦應(yīng)調(diào)間隙計(jì)算方法簡單有效，可以獲得更合理的導(dǎo)軸瓦間隙，機(jī)組盤車軸瓦間隙調(diào)整時(shí)間從原來的7天可縮短為3天，運(yùn)行最高瓦溫從68℃降至61℃，水導(dǎo)擺度從595μm降至300μm，有效地解決了實(shí)際機(jī)組運(yùn)行瓦溫偏高和擺度過大的問題，提高了水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性。
　　(4)在大型水輪發(fā)電機(jī)組故障的理論分析及工程實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和開發(fā)了大型水電機(jī)組故障診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)