汽輪發(fā)電機組振動在線監(jiān)測及故障診斷

【摘要】本文通過對汽輪發(fā)電機組振動的在線監(jiān)測與故障發(fā)生原因的診斷進行相關闡述，結(jié)合筆者個人工作經(jīng)驗，以供讀者參考。

【關鍵詞】汽輪發(fā)電機；振動；在線監(jiān)測；故障診斷

1.汽輪發(fā)電機的振動在線監(jiān)測

汽輪發(fā)電機組安全運行的有效標志是其振動狀態(tài)是否處于允許振動幅值內(nèi)。如果汽輪發(fā)電機組有異常振動未及時進行處理，則會導致發(fā)電機組內(nèi)部轉(zhuǎn)子滑環(huán)與電刷間的磨損率上升，溫度急速增高，產(chǎn)生環(huán)火導致聯(lián)軸器失效，進而對整個汽輪發(fā)電機組連接部件產(chǎn)生影響，造成密封失效、應力增大，直接威脅到發(fā)電機組與周邊建筑的安全?；诖?，對汽輪發(fā)電機的振動進行在線監(jiān)測是保證其安全運行的直接手段，通過對振動頻率的在線監(jiān)測，及時診斷，把可能引發(fā)安全事故的因素扼殺在萌芽狀態(tài)，保證安全運營，高效運作。

振動在線監(jiān)測系統(tǒng)對于汽輪發(fā)電機組的管理是全天候的，從發(fā)電機組開機升速起，到升負荷，到進入運行模式，到降負荷降速，直到停機。在線監(jiān)測系統(tǒng)都在進行實時的數(shù)據(jù)記錄與狀態(tài)分析，并具有一定的數(shù)據(jù)采集歸納功能，可以提供相關的數(shù)據(jù)為檢修人員作參考。另外，還可以計算出檢修后的機組殘余振動數(shù)據(jù)，為判斷機組運行狀態(tài)提供可靠依據(jù)。

同時，在遠程通訊方面，在線監(jiān)測系統(tǒng)與西安研究院的“振動故障遠程診斷中心”有著數(shù)據(jù)傳輸聯(lián)系。對于汽輪發(fā)電機組工作時的全線數(shù)據(jù)、故障發(fā)生前后的機組核心數(shù)據(jù)變化規(guī)律等可以進行實時診斷與分析，利用研究院專業(yè)人員的知識，結(jié)合在線監(jiān)測系統(tǒng)生成的振動故障頻譜特征，在振動數(shù)據(jù)庫中找到相關故障診斷參考信息。為及時分析故障成因，找出最優(yōu)化解決方案提供了強大支持。由于其預警功能，可以在故障未延伸時，通過在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化幅度進行可能的故障發(fā)生概率分析，并以此建立起預防為主的檢修排查方案，找準檢修重點，提高檢修成效。這種方法不僅可以讓檢修人員減少故障診斷時的多次啟停機實驗次數(shù)，降低檢修工時，提高診斷效率，根據(jù)在線監(jiān)測系統(tǒng)所提供的異常振動幅值與相位數(shù)據(jù)，就可以有效降低反復開啟機組的成本費用，并在最短的時間內(nèi)找到故障，處理故障，恢復生產(chǎn)。

2.汽輪發(fā)電機的振動故障診斷

從汽輪發(fā)電機組的工作原理來說，其振動的產(chǎn)生是來自于內(nèi)部轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時機械作用振動力，與電磁場作用下的電磁振動力。一般來說，汽輪發(fā)電機組的振動類別有扭振和彎振兩類。當汽輪發(fā)電機組所受到的負荷瞬間突然發(fā)生變動時，如發(fā)生出線端短路、誤同步等進而引發(fā)機組內(nèi)部的軸系扭轉(zhuǎn)振動，即扭振。而對于激振力過大造成的汽輪發(fā)電機軸系彎曲，進而產(chǎn)生的振動，即為彎振。

2.1產(chǎn)生汽輪發(fā)電機振動故障的原因

2.1.1在汽輪發(fā)電機的運行中，機組的振動受到轉(zhuǎn)子影響最大。其振動時所產(chǎn)生的離心力是與其轉(zhuǎn)速度平方成正相關的。也就是說，在支承系統(tǒng)等相同條件下，發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速越高，則機組所受到的離心力影響越大，其機組產(chǎn)生的振動振幅也就越大。同頻振動則是在機組振動與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相同時產(chǎn)生。

2.1.2聯(lián)軸器與軸裝配的情況也會對機組的振動造成影響。當聯(lián)軸器端面與軸線不在同一個垂直面時，連接螺栓的緊固會加重軸頸處的應力，造成變形進而在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生受迫振動。而當聯(lián)軸器圓柱面、連接螺栓孔節(jié)圓與內(nèi)孔不在同一圓心時，串聯(lián)后，兩聯(lián)軸器會形成中心偏差進而在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生受迫振動。

2.1.3相鄰兩軸系不對中時，即兩半聯(lián)軸器的外圓偏差和開口偏差不對應時，兩軸線間的偏移度就會形成振動。

2.1.4轉(zhuǎn)子失穩(wěn)也會造成油膜振蕩。且油膜振幅與其失穩(wěn)嚴重性成正比。當發(fā)生油膜振蕩時，即意味著轉(zhuǎn)速在持續(xù)加快，要及時制止，防止其發(fā)散。

2.1.5轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動處的自身摩擦與轉(zhuǎn)軸周邊葉輪、圍帶等與靜止部件發(fā)生摩擦都歸為動靜摩擦[1]。這種摩擦力也會影響振動。

2.1.6轉(zhuǎn)子的平衡還受到轉(zhuǎn)子自身零件的緊固度影響。當轉(zhuǎn)子零件緊固度不足，其松動就會形成振動。如果發(fā)現(xiàn)連續(xù)啟停時出現(xiàn)的隨機性振動，且其振幅與相位都不同，那就可以推測是轉(zhuǎn)子自身零件發(fā)生了松動。

2.1.7當轉(zhuǎn)子在降速過程中的1/2臨界轉(zhuǎn)速上出現(xiàn)明顯振動峰值時，可以得知這樣的振動是由于轉(zhuǎn)子上已經(jīng)有了裂紋。且裂紋越大，則峰值表現(xiàn)越突出。這種情況十分危險，如果沒有及時采取措施，轉(zhuǎn)子極易在兩倍頻的振動分量與工作轉(zhuǎn)速下形成二階臨界轉(zhuǎn)速的共振，進而裂紋快速增大，直至斷裂。

2.1.8材質(zhì)不均、傳熱熱阻不對稱、轉(zhuǎn)子徑向溫差不對稱、轉(zhuǎn)軸的殘余內(nèi)應力過大等情況都會讓轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)狀態(tài)下出現(xiàn)受熱變形，進而轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱彎曲，造成振動[2]。

2.2汽輪發(fā)電機組的振動故障診斷手段

對汽輪機進行檢修周期化管理是保證其安全運行的必要手段。這種檢修是建立在強制性、預防性的基礎上。只要檢修周期時間到，馬上停機進行檢修。在過去的經(jīng)驗中，這種人工為主的檢修對于檢修人員自身的業(yè)務素質(zhì)有著很強的依賴性。檢修人員在進行故障診斷時也只能得到關鍵部位的機組運轉(zhuǎn)信息，其余部件則要靠自身經(jīng)驗進行現(xiàn)場判斷與原因分析。

在此故障診斷基礎上，汽輪發(fā)電機組目前的在線監(jiān)測系統(tǒng)隨著科技的不斷發(fā)展已經(jīng)具有了硬件自檢功能。其系統(tǒng)在整個發(fā)電機組裝有多平面多測點多轉(zhuǎn)速的最小二乘法振動平衡重量計算程序[3]。也就是說其全面的覆蓋性與精確的計算能力，可以及時掌握發(fā)電機組的所有運轉(zhuǎn)信息。特別是在轉(zhuǎn)子的軸振動與軸承座振動同相與反相的分量分析、影響系數(shù)下與非影響系數(shù)下軸系振動平衡重量的計算、加重情況下殘余振動的計算等都有出色表現(xiàn)。系統(tǒng)也就能在此基礎上，進行故障排查與數(shù)據(jù)分析，目前來說，對于不平衡、電磁激振、對中度不好、初始彎曲、熱彎曲、軸瓦松動、氣流激振、油膜渦動、軸瓦不穩(wěn)定、油膜振蕩、摩擦、共振或高次諧波共振等原因造成的振動，已經(jīng)可以由在線監(jiān)測系統(tǒng)自行得出診斷結(jié)論，節(jié)省了檢修人員的故障分析時間。同時，在線監(jiān)測系統(tǒng)配備工作站運行軟件，也就可以同步進行電廠MIS和SIS系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)互傳。在遠程通訊上，交換機可以直接讓在線監(jiān)測系統(tǒng)進行以太網(wǎng)的通訊實現(xiàn)，也就可以在面臨復雜性振動故障時，聯(lián)系上振動故障遠程診斷中心的專業(yè)研究人員，利用其專業(yè)優(yōu)勢，進行故障診斷。

3.結(jié)束語

本文介紹了汽輪組在振動故障上的形成原因，并詳細闡述了在線監(jiān)測系統(tǒng)對于電廠故障診斷的幫助作用。綜上可知，汽輪發(fā)電機組的運作過程中，在線監(jiān)測系統(tǒng)對于其的實時數(shù)據(jù)收集與故障分析能力，可以極大地提高檢修人員的預檢效果與檢修效率。另外，在線監(jiān)測系統(tǒng)操作的便捷性與故障診斷的準確度也對保障汽輪發(fā)電機組的正常運作，提高電廠管理水平與生產(chǎn)效率有著重要的作用。

參考文獻

[1]王件華.汽輪機組振動故障的特征與診斷方法分析[J].廣西輕工業(yè)，2011（10）.

[2]宋春濤.淺述汽輪機組振動故障的特點及診斷方法[J].華東科技，2012（6）.

[3]劉曙.汽輪發(fā)電機組振動監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)探析[J].電力職業(yè)技術，2009（4）.