某1000MW發(fā)電機振動超標(biāo)原因分析及處理

張春林 石永鋒

摘要：某廠1000MW發(fā)電機在調(diào)試啟動帶負荷過程中存在振動快速爬升現(xiàn)象，在高負荷階段表現(xiàn)得尤其明顯，技術(shù)人員判斷故障原因為熱不平衡以及動靜碰摩，因轉(zhuǎn)子熱彎曲量過大，在三次動平衡處理未果后，發(fā)電機進行抽轉(zhuǎn)子檢查，最終通過檢修手段，對密封瓦、軸瓦以及轉(zhuǎn)子與鐵芯間隙進行了調(diào)整，機組振動值達到合格范圍。該機組的振動特征及處理過程具有代表性，本文給出了分析、診斷的思路和處理過程，可以為類似故障的治理提供借鑒。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機組；動平衡；動靜摩擦

前 言

某廠#2汽輪機是上海汽輪機有限公司和德國西門子公司聯(lián)合設(shè)計制造的超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、八級回?zé)岢槠?、反動式汽輪機N1000-26.25/600/600，機組設(shè)計額定輸出功率為1000MW。發(fā)電機由上海電機廠設(shè)計制造，型號為THDF-125/67，水氫氫冷卻，無刷勵磁，勵磁機型號為ELR-70/90-30/6-20N。汽輪機為五支撐，發(fā)電機為三支撐，整個軸系由8只落地式徑向軸承支撐。軸系支承見圖1。

圖1 #2機組軸系結(jié)構(gòu)

1 機組振動情況介紹

#2機組于2013年9月11日18：00進行第一次調(diào)試啟動，順利到達3000r/min，在定速過程中因為振動大打閘停機；第二次沖轉(zhuǎn)，機組順利定速，并網(wǎng)帶低負荷，振動情況良好；9月16日機組消缺后再次啟動，并網(wǎng)帶800MW負荷后7瓦軸振動快速爬升，最高到239?m。

1.1 第一次啟動

#2汽輪發(fā)電機組首次啟動，低轉(zhuǎn)速下各軸頸原始偏擺較小，表明軸頸光潔度良好，對輪連接狀態(tài)正常，轉(zhuǎn)子不存在熱彎曲。

22：27，機組首次3000rpm時發(fā)電機振動見表1。圖2為發(fā)電機各軸振波特圖。經(jīng)分析，認(rèn)為發(fā)電機轉(zhuǎn)子在定速時出現(xiàn)動靜摩擦，初步判斷摩擦部位為近#6瓦處的油檔和密封瓦。決定低速盤車，待轉(zhuǎn)子熱彎曲消失后再次沖轉(zhuǎn)。

表1 #2發(fā)電機首次3000r/min振動（一倍頻幅值/一倍頻相位/通頻幅值）

6號軸承

（?m/?/?m） 7號軸承

（?m/?/?m） 8號軸承

（?m/?/?m）

X方向軸振 71/228/86 36/60/58 9/99/14

Y方向軸振 47/351/66 31/214/60 22/259/33

圖2 #2機組發(fā)電機軸振升降速波特圖

1.2 第二次啟動

機組第二次啟動，9月13日0：25，3000rpm定速振動良好。5：04各項試驗結(jié)束后發(fā)電機軸系振動如表2所示。9月13日～9月16日，由于其他缺陷，機組400MW以下負荷運行，發(fā)電機軸系振動基本穩(wěn)定，處于良好水平。

表2 #2發(fā)電機3000r/min振動（一倍頻幅值/一倍頻相位/通頻幅值）

6號軸承

（?m/?/?m） 7號軸承

（?m/?/?m） 8號軸承

（?m/?/?m）

X方向軸振 21/94/51 73/81/84 13/109/18

Y方向軸振 9/176/31 44/235/68 24/296/32

瓦蓋振動 <5 <5 <5

1.3 高負荷運行情況

9月17日1：58，表3為發(fā)電機剛到800MW振動數(shù)據(jù)，800MW運行一段時間后，#7瓦軸振出現(xiàn)快速爬升，主要是工頻成分增加，同時#6、#7瓦軸振也隨之不同程度增加，分析主要原因為動靜摩擦。將密封油溫從41℃提高到50℃，#7瓦軸振并未恢復(fù)，持續(xù)爬升到239μm。采取降負荷措施后軸振才開始逐漸降低，但未回復(fù)至原有狀態(tài)。由于系統(tǒng)其他缺陷，機組停運。

表3 #2發(fā)電機800MW振動（一倍頻幅值/一倍頻相位/通頻幅值）

6號軸承

（?m/?/?m） 7號軸承

（?m/?/?m） 8號軸承

（?m/?/?m）

X方向軸振 51/113/72 88/76/134 19/110/26

Y方向軸振 25/209/46 48/232/112 30/283/39

瓦蓋振動 <5 <5 <5

2 振動原因分析與處理

發(fā)電機轉(zhuǎn)子3000r/min定速以及低負荷運行時振動情況良好，說明轉(zhuǎn)子原始質(zhì)量不平衡是好的。發(fā)電機轉(zhuǎn)子初次定速時振動出現(xiàn)快速爬升，從振動頻譜成分、爬升的速率以及升降速波特曲線的對比分析，判斷發(fā)電機轉(zhuǎn)子發(fā)生了動靜摩擦，使得轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲。機組帶負荷過程中，800MW以前振動隨負荷增大緩慢爬升，重復(fù)性較好，判斷轉(zhuǎn)子發(fā)生了穩(wěn)定性熱彎曲，這種熱彎曲可能來源于轉(zhuǎn)子材質(zhì)、聯(lián)軸器、以及電氣等原因，在現(xiàn)場常通過動平衡解決。800MW運行一段時間后，振動較快爬升，判斷轉(zhuǎn)子發(fā)生了動靜摩擦，發(fā)電機摩擦一般發(fā)生在油擋、密封瓦等部位。

在處理系統(tǒng)缺陷過程中，決定對#7瓦振動進行處理，主要基于發(fā)電機存在的兩點故障：動靜碰摩和轉(zhuǎn)子熱不平衡。當(dāng)時決定不對發(fā)電機進行擴大檢查，在運行方式上將密封環(huán)油流量從0.25L/h降低至0.18L/h，提高密封油溫緩解密封瓦碰摩；同時，進行動平衡處理，降低機組熱不平衡量。

2.1 第一次動平衡

第一次加重在勵發(fā)對輪加重530g，加重角度310°。

9月21日機組啟動，19：05，3000rpm定速，發(fā)電機振動數(shù)據(jù)見表4。并網(wǎng)帶負荷，#7瓦軸振隨負荷上升逐漸爬升，以一倍頻變化為主，特別是500MW以上爬升速度加快，負荷穩(wěn)定后振動也能維持穩(wěn)定，到900MW負荷時#7瓦軸振爬升至240μm（通頻）。#6、#8瓦軸振趨勢與#7瓦相同。

第一次動平衡處理與預(yù)期偏差較大，分析可能原因是發(fā)電機轉(zhuǎn)子動靜摩擦沒有消除（圖3）。

表4 #2發(fā)電機3000r/min振動（一倍頻幅值/一倍頻相位/通頻幅值）

6號軸承

（?m/?/?m） 7號軸承

（?m/?/?m） 8號軸承

（?m/?/?m）

X方向軸振 49/246/62 58/198/76 33/208/37

Y方向軸振 24/29/41 29/297/59 29/311/36

圖3 #2發(fā)電機第一次動平衡后軸振趨勢圖（并網(wǎng)-900MW-解列）

2.2 第二次動平衡

利用機組停機消缺機會，對發(fā)電機轉(zhuǎn)子進行第二次動平衡調(diào)整，加重位置依然在勵發(fā)對輪，將第一次平衡塊調(diào)整為300g/25?。

9月23日機組啟動，10：48，3000rpm定速，發(fā)電機振動數(shù)據(jù)如表5。機組帶負荷到1000MW時，#7瓦軸振爬升至270μm（通頻），工頻振動分量230μm。趨勢圖如圖4.

表5 #2發(fā)電機3000r/min振動（一倍頻幅值/一倍頻相位/通頻幅值）

6號軸承

（?m/?/?m） 7號軸承

（?m/?/?m） 8號軸承

（?m/?/?m）

X方向軸振 44/229/64 72/4/83 18/357/22

Y方向軸振 22/27/42 31/168/56 12/214/22

圖3 #2發(fā)電機第二次動平衡后軸振趨勢圖（并網(wǎng)-1000MW-解列）

第二次動平衡調(diào)整后#7瓦振動仍然與預(yù)期偏差較大，#7瓦振動在帶負荷過程中依然出現(xiàn)大幅爬升，發(fā)電子轉(zhuǎn)子動靜碰摩依然沒有消除。在試圖運行中摩開間隙的同時，繼續(xù)進行第三次動平衡處理。

2.3 第三次動平衡

轉(zhuǎn)子熱不平衡如此之大，如需徹查，需抽轉(zhuǎn)子，經(jīng)與上海發(fā)電機廠確認(rèn)后，再次進行平衡配重嘗試，該次配重主要是想控制滿負荷階段發(fā)電機6、7瓦的軸振水平。第三次加重將平衡塊調(diào)整為385g/25?。

經(jīng)第三次配重，滿負荷運行#7瓦軸振基本穩(wěn)定在200μm。

3 抽轉(zhuǎn)子檢查及處理

經(jīng)過三次動平衡嘗試后，#2發(fā)電機振動有所較小，但依然很大，這主要源于發(fā)電機轉(zhuǎn)子熱不平衡較大以及高負荷階段發(fā)生的動靜摩擦。穩(wěn)定的熱不平衡量在現(xiàn)場一般可以通過現(xiàn)場的平衡的方法解決，但是由于高負荷段動靜摩擦的影響，這臺機組三次動平衡均收效甚微。汽機部位的摩擦常采用堅持運行現(xiàn)場摩開的方法，但是發(fā)電機密封瓦部位的碰摩與汽機汽封部位的碰摩不同，很難磨開，#2發(fā)電機帶負荷過程證明了這點。

為了機組安全穩(wěn)定運行，決定對#2發(fā)電機進行抽轉(zhuǎn)子檢查，進一步查找發(fā)電機轉(zhuǎn)子熱不平衡量以及動靜摩擦的原因。

發(fā)電機轉(zhuǎn)子交流阻抗試驗和極平衡試驗：數(shù)據(jù)反映狀態(tài)良好，排除了發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間短路的可能。發(fā)電機轉(zhuǎn)子還進行了通風(fēng)試驗：該試驗在靜態(tài)狀態(tài)下，只能檢測和評估通風(fēng)孔是否通暢，各孔通風(fēng)量的大小因檢測手段的限制無法定量評估，試驗初步排除了通風(fēng)道堵塞是機組振動主要原因的可能。

檢修還對軸系對中情況進行復(fù)查調(diào)整：復(fù)查數(shù)據(jù)反映汽發(fā)對輪中心略有上張口（0.08mm），復(fù)裝時按要求調(diào)整為下張口（0.01mm），勵發(fā)對輪復(fù)裝時下張口控制在0.15mm。

汽、勵端密封瓦本身的尺寸數(shù)據(jù)、橢圓度、平直度，均符合要求。復(fù)查時發(fā)現(xiàn)密封瓦座合縫處有0.08mm左右的錯位現(xiàn)象，汽、勵端密封瓦支座的內(nèi)擋迷宮密封與轉(zhuǎn)軸有明顯摩痕，勵端密封瓦內(nèi)圓及平面均有碰摩痕跡，尤其是平面摩痕較為明顯。密封瓦座合縫錯位，使得密封瓦軸向間隙變小，使得密封瓦活動受阻，極易導(dǎo)致密封瓦與轉(zhuǎn)子碰磨。

復(fù)裝前對迷宮銅條進行了修刮去翻邊處理，同時按圖紙要求控制了間隙，消除了錯位現(xiàn)象。

#6和#7軸瓦檢查發(fā)現(xiàn)球面接觸狀態(tài)較差。#6瓦呈線接觸，接觸面積嚴(yán)重不足；#7瓦接觸角范圍小于90°，兩側(cè)接近水平方向范圍無接觸。通過現(xiàn)場研摩，發(fā)電機兩瓦最終達到了接觸角大于120°，接觸面積大于80%，接觸點分布均勻的配合要求。

轉(zhuǎn)子與鐵芯氣隙隔板與轉(zhuǎn)子勵端護環(huán)外圓有明顯摩痕，護環(huán)外圓60°弧度范圍碰摩痕跡锃亮，有略顯過熱現(xiàn)象，氣隙隔板內(nèi)圓上1～3點位置摩痕嚴(yán)重發(fā)黑。復(fù)裝時嚴(yán)格控制了該配合間隙。檢修中保留了之前加重平衡塊。

4 處理結(jié)果

檢修工作完成后，機組沖轉(zhuǎn)，振動正常，順利定速。并網(wǎng)前發(fā)電機進行電氣試驗，勵磁電流加到2000A左右，發(fā)電機6、7瓦軸振基本穩(wěn)定，該狀態(tài)與處理前電氣試驗階段6、7瓦振動明顯爬升相比，有了明顯好轉(zhuǎn)。

發(fā)電機并網(wǎng)及后續(xù)升負荷過程中，6、7瓦軸振，尤其是7瓦軸振，其振幅和相位基本保持穩(wěn)定。1000MW運行時，各瓦的軸振均低于50μm（DCS值，單峰）。

5 結(jié)語

（1）#2發(fā)電機高負荷振動快速爬升的根本原因是動靜碰摩，發(fā)生部位是密封瓦以及護環(huán)隔板，軸瓦支撐情況較差也對振動的發(fā)生有較大影響。

（2）近年來，隨著節(jié)能改造的進行，汽機各部位汽封間隙控制得較小，汽機在大修后啟動過程中常出現(xiàn)動靜碰摩故障，汽機部位的碰摩通過多啟動幾次或帶負荷運行，一般都能夠摩開間隙，振動趨于穩(wěn)定。發(fā)電機的碰摩的發(fā)生比汽機要少得多，常發(fā)生于油擋、密封瓦 和護環(huán)等部位，有一些很難摩開，因此在檢修過程中要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。

參考文獻

[1] 陸頌元.汽輪發(fā)電機振動[M].北京：中國電力出版社，2000.

[2] 陸頌元. 大型汽輪發(fā)電機組高效動平衡的策略和技巧[J]. 汽輪機技術(shù)，Vol.35，2002（3）：1-5.

[3] 陸頌元. 大型機組動靜碰磨的振動特征及現(xiàn)場應(yīng)急處理方法[J]. 中國電力，Vol36，2003（1）：6-11.

作者簡介，

張春林（1973-），男，江蘇常州人，高級工程師，從事發(fā)電廠電氣方面工作