馬思聰，蔡文方

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)故障的診斷與處理

馬思聰，蔡文方

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

介紹了2臺(tái)上汽1 000 MW汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)爬升情況，針對(duì)出現(xiàn)的振動(dòng)問題，通過相關(guān)的試驗(yàn)分析，得出了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)故障為轉(zhuǎn)子熱彎曲和安裝缺陷所致，現(xiàn)場(chǎng)采取了熱態(tài)動(dòng)平衡與檢修相結(jié)合的方案，消除了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)問題。

發(fā)電機(jī)；熱不平衡；振動(dòng)；平衡

0 引言

大型發(fā)電機(jī)振動(dòng)故障有很多類型，熱彎曲是比較常見的振動(dòng)故障，其主要原因包括材質(zhì)問題、冷卻系統(tǒng)故障、轉(zhuǎn)子線圈膨脹受阻、匝間短路等，從表現(xiàn)上看，這4類故障的特征頻率均為基頻，現(xiàn)場(chǎng)為了區(qū)分這4類故障，需進(jìn)行深入分析并進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。

隨著汽輪機(jī)組技術(shù)的發(fā)展，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子超大型化設(shè)計(jì)使得轉(zhuǎn)子更容易出現(xiàn)材質(zhì)不均勻及受熱不均勻等缺陷，引起轉(zhuǎn)子熱彎曲。上海汽輪機(jī)廠1 000 MW機(jī)組自投產(chǎn)以來，部分發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子存在不同程度的熱不平衡現(xiàn)象，在機(jī)組高負(fù)荷狀態(tài)下，發(fā)電機(jī)振動(dòng)偏大，影響機(jī)組安全運(yùn)行。

通過2臺(tái)發(fā)電機(jī)因熱不平衡導(dǎo)致的熱彎曲造成振動(dòng)過大的案例，介紹了故障的特征、分析過程和處理方法，可以為其他機(jī)組作為參考。

1 機(jī)組簡(jiǎn)介

某機(jī)組選用1000-26.25/600/600（TC4F）型超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓凝汽式汽輪機(jī)，配以THDF125/6型水/氫/氫冷卻發(fā)電機(jī)，勵(lì)磁系統(tǒng)采用靜態(tài)勵(lì)磁和無刷勵(lì)磁2種方式。機(jī)組軸系由5個(gè)徑向橢圓軸承支撐，高壓轉(zhuǎn)子為雙支撐結(jié)構(gòu)，中壓和低壓轉(zhuǎn)子為單支撐結(jié)構(gòu)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和勵(lì)端小軸為三支承結(jié)構(gòu)，各轉(zhuǎn)子間均用剛性聯(lián)軸器連接，其軸系布置如見圖1所示。

2 A電廠3號(hào)機(jī)組振動(dòng)故障分析診斷

2.1 振動(dòng)現(xiàn)象

圖1 1000 MW汽輪發(fā)電機(jī)組軸系

A電廠3號(hào)機(jī)組自投入生產(chǎn)以來，發(fā)電機(jī)在整個(gè)沖轉(zhuǎn)過程中，振動(dòng)良好，無異常振動(dòng)特征。發(fā)電機(jī)在機(jī)組初定速以及初帶負(fù)荷的時(shí)候，5號(hào)瓦、6號(hào)瓦振動(dòng)均小于80 μm且振動(dòng)穩(wěn)定；但隨著機(jī)組負(fù)荷逐漸升高，5號(hào)瓦、6號(hào)瓦振動(dòng)也隨之升高，當(dāng)機(jī)組升至滿負(fù)荷時(shí)，5號(hào)瓦、6號(hào)瓦振動(dòng)最大為150 μm；當(dāng)機(jī)組負(fù)荷下降時(shí)，5號(hào)、6號(hào)瓦振動(dòng)也隨之下降。

2.2 振動(dòng)相關(guān)試驗(yàn)

為了進(jìn)一步查明根本原因，對(duì)機(jī)組先后進(jìn)行了變氫溫試驗(yàn)、變密封油試驗(yàn)、變有功試驗(yàn)、變無功試驗(yàn)。

在變氫溫試驗(yàn)、變密封油溫試驗(yàn)、變無功試驗(yàn)過程中，5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)瓦振動(dòng)幅值和角度均無明顯變化，振動(dòng)基本保持穩(wěn)定。

在進(jìn)行變有功功率試驗(yàn)時(shí)，隨負(fù)荷增加5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)瓦軸承出現(xiàn)明顯爬升，試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。

表1 變負(fù)荷試驗(yàn)振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)

2.3 振動(dòng)故障特征與原因分析

變氫溫試驗(yàn)、變密封油溫試驗(yàn)、變無功試驗(yàn)的結(jié)果表明：試驗(yàn)對(duì)5號(hào)瓦、6號(hào)瓦、7號(hào)瓦振動(dòng)無明顯影響，基本可以排除冷卻系統(tǒng)故障、線圈膨脹受阻、匝間短路以及出現(xiàn)動(dòng)靜碰磨等故障。而機(jī)組變負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果表明5號(hào)瓦、6號(hào)瓦振動(dòng)上升存在以下幾點(diǎn)特征：

（1）隨負(fù)荷上升，5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)瓦振動(dòng)逐漸爬升。

（2）振動(dòng)爬升主要以基頻成分為主。

（3）在振動(dòng)爬升過程中，6號(hào)、7號(hào)瓦相位發(fā)生明顯變化，且各工況下重復(fù)性振動(dòng)較好。

（4）當(dāng)負(fù)荷升至滿負(fù)荷狀態(tài)后，振動(dòng)還會(huì)進(jìn)一步上升，再逐漸趨于穩(wěn)定。

以上特征表明：機(jī)組在空載和帶初負(fù)荷時(shí)，振動(dòng)均在80 μm左右，振動(dòng)雖無明顯變化，但振動(dòng)幅值相對(duì)較大，存在一定的質(zhì)量不平衡。根據(jù)軸系布置圖，5號(hào)瓦為低壓缸后軸承，6號(hào)瓦、7號(hào)瓦為發(fā)電機(jī)前后軸承，隨著機(jī)組負(fù)荷升至高負(fù)荷時(shí)，5號(hào)瓦、6號(hào)瓦振動(dòng)上升幅度較大，6號(hào)瓦、7號(hào)瓦相位增大。根據(jù)這些振動(dòng)特點(diǎn)，判斷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子受熱不均勻，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子熱彎曲和低發(fā)對(duì)輪中心產(chǎn)生偏差的可能性較大。

2.4 振動(dòng)處理措施

根據(jù)以上診斷結(jié)果，決定在機(jī)組停機(jī)之后，對(duì)其進(jìn)行汽發(fā)對(duì)輪中心重新校正對(duì)中，并在汽發(fā)對(duì)輪上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡。經(jīng)計(jì)算，在汽發(fā)對(duì)輪上加重1.04 kg逆轉(zhuǎn)向120°的平衡塊，降低發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在高負(fù)荷時(shí)熱彎曲的振動(dòng)，兼顧發(fā)電機(jī)空載時(shí)的振動(dòng)，同時(shí)根據(jù)廠家要求對(duì)汽發(fā)對(duì)輪中心等安裝參數(shù)重新進(jìn)行調(diào)整和對(duì)中。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡和汽發(fā)對(duì)輪中心調(diào)整后，機(jī)組再次啟動(dòng)，空載時(shí)，機(jī)組發(fā)電機(jī)前后軸振均小于60 μm，振動(dòng)處于優(yōu)良水平；機(jī)組逐漸帶至高負(fù)荷，5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)瓦振動(dòng)平穩(wěn)，未出現(xiàn)振動(dòng)異常波動(dòng)，振動(dòng)問題得到解決，各工況振動(dòng)詳細(xì)數(shù)據(jù)見表2。

表2 處理后機(jī)組各工況振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)（通頻）

3 B電廠2號(hào)機(jī)組振動(dòng)故障分析診斷

3.1 振動(dòng)現(xiàn)象

B電廠2號(hào)機(jī)組自基建調(diào)試168 h試運(yùn)行以來，機(jī)組從空載到帶500 MW負(fù)荷時(shí)，發(fā)電機(jī)6號(hào)、7號(hào)瓦振動(dòng)處于優(yōu)良水平，機(jī)組帶高負(fù)荷的過程中，6號(hào)、7號(hào)瓦軸振逐漸上升，且7號(hào)瓦瓦振也逐漸上升，尤其在機(jī)組滿負(fù)荷狀態(tài)下，7號(hào)瓦軸振最大為162 μm，瓦振最大為11.6 mm/s；機(jī)組負(fù)荷下降時(shí)，6號(hào)、7號(hào)瓦振動(dòng)也隨負(fù)荷下降而下降。這一振動(dòng)現(xiàn)象與A電廠3號(hào)機(jī)組相似。

3.2 振動(dòng)試驗(yàn)

從振動(dòng)現(xiàn)象來看，該機(jī)組初步判斷是6號(hào)、7號(hào)瓦的振動(dòng)跟負(fù)荷有關(guān)，即隨負(fù)荷變化而變化，且為了進(jìn)一步查明根本原因，對(duì)機(jī)組進(jìn)行了變氫溫試驗(yàn)、變密封油試驗(yàn)、變負(fù)荷試驗(yàn)、變無功試驗(yàn)。

經(jīng)過變氫溫試驗(yàn)、變密封油試驗(yàn)、變無功試驗(yàn)，在試驗(yàn)過程中機(jī)組發(fā)電機(jī)6號(hào)、7號(hào)瓦軸振振動(dòng)均無明顯的影響，且振動(dòng)保持穩(wěn)定。但在無功試驗(yàn)中，無功功率從低到高變化的過程中，7號(hào)瓦振也隨之變化，其變化幅度大于軸振變化，其試驗(yàn)詳細(xì)測(cè)試數(shù)據(jù)見表3。

表3 無功試驗(yàn)對(duì)7號(hào)瓦振測(cè)試數(shù)據(jù)

而從機(jī)組的歷史振動(dòng)數(shù)據(jù)表明，機(jī)組從基建調(diào)試168 h試運(yùn)行開始，到正式投產(chǎn)運(yùn)行數(shù)月后，期間6號(hào)、7號(hào)、8號(hào)瓦振動(dòng)在機(jī)組各個(gè)工況下有著明顯變化，詳細(xì)振動(dòng)數(shù)據(jù)見表4。

表4 各工況下振動(dòng)數(shù)據(jù)

3.3 振動(dòng)故障特征與原因分析

根據(jù)變氫溫試驗(yàn)、變密封油溫試驗(yàn)、變無功試驗(yàn)的結(jié)果表明：試驗(yàn)對(duì)6號(hào)、7號(hào)瓦振動(dòng)無明顯影響，基本可以排除由冷卻系統(tǒng)故障、線圈膨脹受阻、匝間短路以及出現(xiàn)動(dòng)靜碰磨等引起的故障。但變無功試驗(yàn)對(duì)7號(hào)瓦振有一定的影響，且7號(hào)瓦振在機(jī)組高負(fù)荷下較大，結(jié)合機(jī)組歷史數(shù)據(jù)來看，6號(hào)、7號(hào)、8號(hào)瓦振動(dòng)存在以下特征：

（1）隨負(fù)荷增大，6號(hào)、7號(hào)、8號(hào)瓦振動(dòng)逐漸爬升。

（2）振動(dòng)波動(dòng)主要以基頻成分為主。

（3）在振動(dòng)波動(dòng)的過程中，6號(hào)、7號(hào)瓦相位變化不大，且各工況下振動(dòng)具有較好的重復(fù)性。

（4）7號(hào)瓦振動(dòng)較大，且受無功功率的影響，瓦振大小與軸振大小不成比例。

綜合以上特征，表明機(jī)組在空載和帶到500 MW負(fù)荷時(shí)，6號(hào)、7號(hào)、8號(hào)瓦軸振和7號(hào)瓦振在優(yōu)良范圍內(nèi)，隨著機(jī)組負(fù)荷的升高，6號(hào)、7號(hào)瓦振動(dòng)和7號(hào)瓦瓦振逐漸升高，且7號(hào)瓦瓦振上升幅度與振動(dòng)不成比例，根據(jù)這些振動(dòng)特點(diǎn)，判斷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子受熱不均勻，導(dǎo)致熱彎曲的發(fā)生和7號(hào)瓦軸瓦剛性偏差的可能性較大。

3.4 振動(dòng)處理措施

根據(jù)以上診斷結(jié)果，制定了解決方案，在現(xiàn)階段機(jī)組運(yùn)行過程中，根據(jù)變無功試驗(yàn)對(duì)7號(hào)瓦瓦振有一定影響的結(jié)果，決定在運(yùn)行中對(duì)無功功率進(jìn)行相應(yīng)的限制，以限制7號(hào)瓦瓦振波動(dòng)。在之后的檢修中，在發(fā)勵(lì)對(duì)輪上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡，先后分別加重174 g逆轉(zhuǎn)向260°和300 g逆轉(zhuǎn)向335°，降低發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在高負(fù)荷時(shí)熱彎曲的振動(dòng)，同時(shí)對(duì)8號(hào)瓦振動(dòng)也有一定的降低，對(duì)7號(hào)瓦軸承間隙等安裝參數(shù)根據(jù)廠家的要求進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡、7號(hào)瓦軸承間隙的調(diào)整后，機(jī)組再次啟動(dòng)，在高負(fù)荷狀態(tài)下，6號(hào)、7號(hào)瓦振動(dòng)平穩(wěn)，軸振均處于60 μm以下，7號(hào)瓦瓦振也處于優(yōu)良范圍，未出現(xiàn)振動(dòng)異常波動(dòng)，振動(dòng)問題得到解決。

4 結(jié)論

在分析發(fā)電機(jī)熱不平衡導(dǎo)致熱彎曲振動(dòng)的時(shí)候，往往將重點(diǎn)傾向于發(fā)電機(jī)匝間短路上，而忽視了轉(zhuǎn)子本身材質(zhì)不均勻而導(dǎo)致振動(dòng)的可能。通過一系列試驗(yàn)及振動(dòng)分析，將各種可能的振動(dòng)故障一一排除，最終確定為因發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子材質(zhì)不均勻?qū)е碌臒釓澢駝?dòng)。針對(duì)這一情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)熱平衡處理，但應(yīng)根據(jù)發(fā)電機(jī)組熱彎曲引起的振動(dòng)大小和運(yùn)行允許量值綜合考慮，不能盲目利用熱平衡手段，情況嚴(yán)重時(shí)應(yīng)及時(shí)停機(jī)進(jìn)行檢查。

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[7]寇勝利.汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)及現(xiàn)場(chǎng)平衡[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

（本文編輯：徐晗）

Diagnosis and Treatment of Generator Rotor Vibration

MA Sicong，CAI Wenfang
（State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

This paper introduces vibration increase of two 1 000 MW steam turbine generator sets manufactured by STP.Aiming at the existing vibration，it is concluded by test and analysis that the rotor vibration is caused by thermal bending and installation defects.A scheme of integrated thermal state dynamic balancing and maintenance is adopted in the field to eliminate the vibration.

generator；thermal unbalance；vibration；balance

項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51275452）；國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司科技項(xiàng)目（5211DS14005B）

TK268+.1

B

1007-1881（2017）01-0064-03

2016-11-21

馬思聰（1985），男，工程師，主要從事汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)，模態(tài)的測(cè)試分析及診斷研究工作。