模态分析在抽水蓄能机组振动故障诊断中的运用.pdf
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1、102第 46 卷 第 08 期2023 年 08 月Vol.46No.08Aug.2023水 电 站 机 电 技 术Mechanical&ElectricalTechniqueofHydropowerStation0 引言抽水蓄能电站由于其容量大、响应快、可双向调节的特点,对现代电网的安全稳定运行起到了不可或缺的作用,因此,抽水蓄能发电机组的安全稳定运行对电网的安全至关重要。抽水蓄能发电机组运行期间经常存在振动问题,机组在振动过大的状态下长时间运行轻则使相关结构部件产生疲劳,重则产生动静碰摩,威胁整个机组的运行安全。因此,降低机组运行过程中的振动,一直都是现场工程师们的努力方向。为了降低设备
2、运行过程中的振动,首先需要找出振源,即诊断出引起机组振动的原因或者激励源。引起抽水蓄能机组振动的原因主要有三方面,一是来自电气,二是来自水力,三是来自机械,而且每个方面的振源也非常多。由于现场振动激励和振动响应并不是一一对应的关系,即使采用经典的特征法进行诊断,也只能得到一个小范围的故障集。为了更准确的找到激励源,需要不断的通过排除法完成。1 振动故障描述沙河抽水蓄能电站 2 号机组经 A 修后进入整组调试阶段。在机组启动过程中,上导 Y 方向摆度通频幅值最高达到了 604 m,是 X 方向摆度的两倍左右,究其原因,主要是高频振动导致。该测点空转工况下典型波形见图 1。图 1 空转工况上导 X
3、、Y 方向摆度波形由于该工况下机组水力特性影响,水导摆度因存在高频成分导致过大,当时认为上导 Y 方向摆度过大也是因为水力特性影响所致,待负荷稳定在额定工况附近运行,就可以消失,因此,就没有对其进行过多关注。由于机组轴系的不平衡量也比较大,所以选择了首先进行动平衡试验。动平衡试验结束后,空转工况下该机组上导摆度一倍频由 220 m降至 130 m 左右,但上导 Y 方向摆度通频幅值仍然达到 500 m,而 X 方向摆度通频幅值只有210 m 左右。动平衡结束后,对升速过程中的上导 Y 方向和收稿日期:2023-07-11作者简介:申岳进(1977-),男,高级工程师,从事抽水蓄能电站生产运营管
4、理工作。模态分析在抽水蓄能机组振动故障诊断中的运用申岳进1,王青华2,孙成玲1,吴小放1,司红建1(1.江苏沙河抽水蓄能发电有限公司,江苏 常州 213300;2.上海安乃基能源科技有限公司,上海 201315)摘 要:沙河抽水蓄能电站 2 号机组经 A 修后进入整组调试阶段,上导 Y 方向不同于其它测点,摆度幅值非常大,在不知原因之前,机组无法正常运行。对于该故障的诊断,首先通过排除法将故障范围缩小,然后结合机组特性,将故障范围继续缩小;再将模态分析引入诊断过程中,进行有效推理,最终锁定故障原因为局部共振并将其消除。该案例可为类似机组现场故障诊断提供参考。关键词:抽水蓄能;故障诊断;局部共振
5、;模态分析中图分类号:TV736文献标识码:B文章编号:1672-5387(2023)08-0102-04D O I:10.13599/ki.11-5130.2023.08.029103第 08 期申岳进,等:模态分析在抽水蓄能机组振动故障诊断中的运用水导摆度波形进行了分析,发现两者频率成分在转速不同的时候不一致刚开始两者出现高倍频成分时,都是以特征频率 21X 为主(见图 2),水导摆度高频成分随着转速变化而变化,始终是转速的 21 倍频,而上导 Y 方向摆度的高频成分是固定的,始终为 84 Hz 左右(见图 3)。到了额定转速 300 r/min 后,水导摆度 21X 特征频率已不再出现,
6、但上导 Y 方向摆度仍然存在 84 Hz 的高倍频成分(见图 4)。图 2 转速为 240 r/min 时水导、上导摆度波形及频谱图图 3 转速为 276 r/min 时上导和水导摆度波形及频谱图图 4 转速为 300 r/min 时上导和水导摆度波形及频谱图2 振动故障诊断过程2.1 原因初步分析机组升速过程中,上导 Y 方向摆度高频成分始终在 84 Hz 左右,与机组的水力特性特征频率不一致,而且该频率成分只出现在 Y 方向,上导 X 方向并没有,因此怀疑该频率为上导 Y 方向特有,并不是转子传过来。由于每部导瓦处的摆度成对设置,鉴于这种只有单一测点才有的特殊频率成分,首先认为上导 Y 方
7、向摆度高频振动来自于该测点本身,要么是传感器有问题,要么是该测点支架松动,或者是该测点某部位产生的受迫振动或局部共振。因传感器在该机组整组调试之前已经通过现场校验,无缺陷,因此排除传感器本身的问题。若传感器支架松动,则主要产生一倍频和支架固有频率的成分。一倍频不属高倍频,但支架的固有频率相对于转频,要高得多,因此这是一个怀疑对象。如果是该测点传感器固定部位产生受迫振动,但这种高频振动源在哪里,以及是否持续,需要继续查找。如果是该测传感器支架或者支架的固定部件产生了局部共振,那振源在哪里,以及传感器支架或者支架固定部件的固有频率是否与 84 Hz 接近,这也需要去排查。机组停机期间,对上导 Y
8、方向摆度传感器支架进行了检查,其固定螺栓和支架本身均正常(见图5),因此排除支架松动的可能。从图 5 可以看出,该传感器支架是通过螺栓固定在上导油盆端盖上,上导油盆端盖如果产生受迫振动或者局部共振,那上导 X 方向摆度也应该产生高频的振动,因此该测点传感器固定部件应该没有高频振动产生。最后只剩传感器安装支架。图 5 上导 Y 方向摆度传感器安装支架及结构图上导 Y 方向摆度传感器支架结构尺寸见图 5,材质为 Q235。采用有限元对其模态进行计算。2.2 支架模态分析图 6 传感器支架有限元网格模型104第 46 卷水 电 站 机 电 技 术表 1 网格无关性验证网格数/万一阶频率二阶频率三阶频
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