立式水轮发电机组盘车工艺的研究

周 昊 立式水轮发电机组盘车工艺的研究 2006年12月

立式水轮发电机组盘车工艺的研究

周 昊

摘 要：本文通过对立式水轮发电机组的四种盘车工艺进行分析，对电气盘车工艺和自动盘车工艺进行了比较，肯定了自动盘车的使用优点，并对自动盘车装置的使用和改进提出了一些建议。 关键词：立式水轮发电机组； 轴线； 自动盘车装置

0 前言

立式水轮发电机组轴线测量和调整是机组安装和检修中的重要步骤之一，轴线调整质量的优劣将会直接影响机组的安全稳定运行。而水轮发电机组轴线的测量都是通过对机组进行盘车来进行的。目前立式水轮发电机组一般有四种盘车工艺，即人工盘车、机械盘车、电气盘车、自动盘车。

1 人工盘车

适用于小型立式水轮发电机组，一般用圆盘式盘车工具固定在发电机推力头上，在圆盘上装设推杆，在统一号令指挥下由人工推动推杆对机组进行盘车。该盘车方式需要的人员多、劳动强度大、工作效率低、工作现场复杂，存在一定的安全隐患，而且测量数据精度和转速受人为因素影响较大。

2 机械盘车

适用于中、小型立式水轮发电机组，采用机械式盘车方式，就是利用机械牵引带动机组旋转的盘车方式，一般采用厂房内安装的行车为牵引动力，用滑轮组作钢丝绳导向带动机组旋转测量机组轴线。机械盘车由于操作简单，不需再购置其他设备，所以在中、小型电站中使用广泛。其缺点是在使用过程中无法有效监测钢丝绳和导向地铆的荷载变化情况，如机组在盘车过程中发生主轴“憋劲”现象时，将导致钢丝绳损坏和导向地铆拉脱的事故发生，危及人身和设备的安全；另外，在操作中难以自如控制机组的旋转，停点不准确，不能真实反映机组轴线状态。

3 电气盘车

3.1 电气盘车方式介绍

电气盘车方式是目前大、中型立式水轮发电机组应用最广泛的一种盘车工艺，当水轮发电机采取电气盘车时，同步发电机是处在步进电动机状态。原理是电气盘车时发电机的转子通入直流电励磁，定子三相也以一定的顺序轮流通入直流电。则该相定子就会受到顺时针(或反时针)的磁力，根据作用力与反作用力原理，转子就会受到反时针(或顺时针)的磁力。当磁力产生的转动力矩大于转子的静摩擦转矩M’时，转子便转动相应步距角。切换电流至定子的另一相，转子又旋转相应步距角。三相循环切换，转子便能连续转动（见图1）。

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图1 电动盘车模型电机及其供电线路

目前常用有两种电气盘车方式，第一种是定子轮流单相通电方式，其工作过程如下：先给A相通电，转子转过一步距角，停稳后A相断电、B相通电，转子再向前走一步距角，然后B相断电、C相通电又走一步距角，如此循环下去，转子就可以慢慢地转过360°完成盘车的要求，这种A—B—C通电方式每次定子只有一相通电，通电3次为一循环，称为三相单三拍方式，步距角为120°。另一种是定子采用单相—两相轮流通电方式，即先给A相通电，然后A、B相同时通电，接着A相断电维持B相通电，按A—AB—B—BC—C—CA的顺序通电，这种方式称为三相六拍方式，步距角为60°。现在，一般大型立式机组都采用第二种电气盘车方式。

盘车的电流和定、转子的额定电流与机组的摩擦力矩Mf有关，Mf可以按下述方法进行计算：

Mf＝G?D?f/2

式中：G：转动部分总重(kN) D：推力镜板直径(m)

F：推力瓦摩擦系数，当瓦面材料为钨金瓦时f =0.05～0.10，瓦面材料为氟塑瓦时，

f =0.02。

当机组的电磁力矩M=Mf时，可计算出机组电气盘车时启动电流的临界值，按下式计算：

ICST?0.126IfO?G?nN?DUN?fsinae 式中：ICST：启动电流(A) Ifo：空载的励磁电流(A)

nN：机组额定转速（r／min） UN：定子额定电压(kV) αe：定子与转子的步距角，一般取αe＝60

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以某电站机组为例，空载的励磁电流为1 870A，转动部分总重约为7×10 kN，额定转速为150 r／min，推力镜板直径为3.33m，定子额定电压为15.75 kV ，f值取0.02。

可知摩擦力矩Mf 为2.33×10 kg?m

可以得出：使机组转动的最小启动电流ICST ＝1099A

根据电动盘车的经验，转子转动电流Ie一般占定子电流Ia的30%～50%左右，但要符合Ie?Ia ≥ICST因此，可取Ie=700 A，Ia=1800 A 3.2 电气盘车方式的缺点

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3.2.1 机组安装或检修将转子回装后，一般只是粗调机组旋转中心，只需保证转动部分与固定部分在盘车时不接触即可，定子和转子之间的固定空气间隙不均匀；发电机定子和转子在叠装工序中圆度即使满足规范要求，但是也会存在一定的旋转空气间隙不均匀，进行电气盘车时，发电机空气间隙小处，磁密度高、吸力大；空气间隙大处，磁密度低、吸力小。最小气隙与最大气隙又处在同一直径上，两个吸力作用于转子轴，其大小不等，方向相反，不能抵消，产生单边磁拉力。转子电流愈大，单边磁拉力愈大。增加了机组轴线的测量误差，尤其是对无下导轴承的机组影响最大。

3.2.2 过大的单边磁拉力也会把转子吸向空气间隙小的一边，压迫导轴承的轴瓦，使切向摩擦力增大，将加大电机的启动电流，影响机组轴线的测量精度。

3.2.3 进行电气盘车时，需要人为控制机组停在均布的盘车点上，但在操作中难以自如控制机组的旋转，停点不准确，不能真实反映机组轴线状态。

3.2.4 由于转子的位置是随意的，当盘车时，发电机定子和转子通电，机组顺时针、逆时针旋转都有可能，当发生逆时针旋转时将影响机组轴线的测量参数。 3.2.5 电气盘车方式安装、拆卸，控制与操作复杂，所需工期长。

4 自动盘车

4.1 自动盘车原理

自动盘车装置（山东青州通利电力配件厂生产）为三力偶六电机驱动的机械盘车装置，自动盘车装置主要由机架、驱动电机、减速机构、连轴机构、离合机构5部分组成。机架安装在发电机机架上，连轴机构利用发电机上端轴上端部励磁集电环装置基础螺孔与主轴连结一起，离合机构通过其传动键把主轴与盘车装置的驱动盘连结，传递力矩，带动机组转子转动。自动盘车装置将减速增矩和力偶矩的力学原理结合起来，充分合理地利用机组几何关系，由6台小型电机经减速机构输出转矩，再经大齿轮减速增矩，在大齿轮的反作用下，切向力通过力偶臂形成力偶矩，再通过连轴机构及离合机构传递给转子。设计上考虑了倒车控制，在每次重新起动前可准确地将主轴与外力分离，使主轴充分处于自由状态，以保证盘车精度。 4.2 自动盘车装置的优点

4.2.1 安装、拆卸、控制与操作简单方便，优化了工作环境，改善了劳动条件，降低了劳动强度，工作质量和工作效率大大提高。乌江渡发电厂机组原采用电气盘车时完成全部盘车程序需要三至四天时间，而现在采用自动盘车方式后仅用一天就全部完成。

4.2.2 力学结构简单，动力电源小，驱动平稳可靠，转速均匀，停点准确，使采集的数据客观有效。

4.2.3 可根据机组类型结合现场实际自由选择弹性盘车或刚性盘车，且无论何种方式，由于其力偶矩作用的原理，大轴径向和轴向干扰大大减小，测试精度高。

4.2.4 由于驱动力矩作用于发电机顶轴上端，且均衡、平稳，对伞式机组的刚性盘车，可采取抱紧上导的方式进行盘车，也可取得满意的效果。

4.2.5 传动比大，转速平缓，可保持在连续旋转的情况下准确读取大轴各等分点的数据，方便快捷。同时，根据实际情况，也可断续停转读取数据，在这种方式下每到一停位后，盘车装置可倒

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转一定角度，以使大轴和盘车装置完全脱离，可使大轴充分保持在自由状态下读取数据，这样更提高了盘车精度。

由表1和表2可知，当机组采取电气盘车时由于受到电气因素的影响，测量数据并不是呈正弦函数分布。而且，盘车一圈后测量点数据并未归零，而采用自动盘车方式后则较好的解决了以上问题。

表1 某发电厂1号机组电动盘车记录

测量部位 上导X向 上导Y向 推力X向 推力Y向 推力Z向 水导X向 水导Y向

1 0（4） 0 0（2） 6 0 0(-10) 4

2 2 3 5 11 -13 1 5

3 8 0（3） 14 0（5） -12 1 0(3)

4 8 1 12 6 -3 1 4

5 7 -1.5 17 7 3 3 4

6 7 -2 7 -5 -10 2.5 4

7 8 -1 2 -11 -10 3 4

8 8 0 3 -8 -2 -10 0

表2 某发电厂1号机组自动盘车记录

测量部位 上导X向 上导Y向 推力X向 推力Y向 推力Z向 水导X向 水导Y向

1 0（0） 2 0（0） -3 0 0（0） 6.5

2 -1.5 0 3.5 -1 -2.5 -1 6

3 0 0（0） 4.5 0（0） 2 -3.5 0（2）

4 3 4 5 0 4.5 1 8

5 2.5 -3 4.5 1 9 0 7.5

6 -1 0 3.5 1 10 -0.5 7

7 -1.5 -1 3.5 -7 10 0 7.5

8 1 1 -1 -4 4 0 7.5

5 关于对自动盘车装置的使用和改进建议

自动盘车装置为三力偶六电机驱动的机械盘车装置，与其他盘车方式比较，大大降低了机械因素和电气因素对盘车数据精度的影响，所测量的数据可信度较高。

1） 对于液压支撑的推力轴承，为了确保机组轴线测量的精确度，建议将弹性油箱保护罩靠紧推力轴承基础座，将推力轴承由弹性支撑改为刚性支撑方式，消除由于液压的自调整而引起的机组轴线测量误差。

2） 由于其力偶矩作用的原理，大轴径向和轴向干扰大大减小，建议减小导轴承抱瓦的紧度，既能尽量减小切向摩擦力对测量值的影响，又能防止轴系弹性变形影响轴线测量。

3） 由于连轴机构是利用发电机上端轴上端部励磁集电环装置基础螺孔与主轴连结一起，进行机组盘车时无法测量励磁集电环的摆度，建议将连轴机构元板改变成可分解方式，安装在励磁集电环装置基础板上，使励磁集电环能和主轴连接进行盘车。 收稿日期：2006-06-13

作者简介：周 昊（1974-），男，贵州省安顺人，工程师，从事水电厂设备状态分析及技术管理工作。

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