某臺(tái)600 MW發(fā)電機(jī)突發(fā)振動(dòng)故障診斷及處理

胡劍剛，周軼喆，應(yīng)光耀，王崇如，李國(guó)明

（1.國(guó)電浙江北侖第一發(fā)電有限公司，浙江寧波315000；

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

某臺(tái)600 MW發(fā)電機(jī)突發(fā)振動(dòng)故障診斷及處理

胡劍剛1，周軼喆1，應(yīng)光耀2，王崇如1，李國(guó)明1

（1.國(guó)電浙江北侖第一發(fā)電有限公司，浙江寧波315000；

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

某臺(tái)阿爾斯通600 MW亞臨界機(jī)組突發(fā)工頻振動(dòng)現(xiàn)象，通過振動(dòng)特征分析、線路故障錄波診斷為外部線路沖擊引起的勵(lì)磁機(jī)對(duì)輪錯(cuò)位，通過控制懸臂梁勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子安裝質(zhì)量、加大對(duì)輪螺栓緊力和精細(xì)動(dòng)平衡，最終消除了勵(lì)磁機(jī)振動(dòng)大的問題。

發(fā)電機(jī)；勵(lì)磁機(jī)；工頻突變振動(dòng)；動(dòng)平衡

0 引言

突發(fā)性振動(dòng)是汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中常見的危害性較大的振動(dòng)故障，輕者導(dǎo)致機(jī)組跳閘，重者損毀發(fā)電設(shè)備。突發(fā)性振動(dòng)的診斷和治理一直是振動(dòng)處理的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。典型的突發(fā)性振動(dòng)故障有：轉(zhuǎn)動(dòng)部件（葉片、圍帶、靠背輪螺栓檔板等）飛落故障、靠背輪錯(cuò)位、油膜振蕩（油膜渦動(dòng)）、汽流激振、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路。對(duì)于突發(fā)振動(dòng)的識(shí)別，通過頻譜分析手段可辨識(shí)油膜振蕩和汽流激振等自激振動(dòng)[1]，文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[3]研究了轉(zhuǎn)動(dòng)部件脫落故障的振動(dòng)特征和定位方法，文獻(xiàn)[4]診斷一起典型對(duì)輪錯(cuò)位故障，文獻(xiàn)[5]報(bào)告了一起匝間短路引起的突變故障。

通過對(duì)懸臂梁結(jié)構(gòu)的勵(lì)磁機(jī)振動(dòng)特征分析，介紹一起外部線路沖擊引起的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子突變振動(dòng)，給出了分析診斷過程，采取了精細(xì)動(dòng)平衡、提高螺栓緊力等措施消除故障，確保了機(jī)組安全運(yùn)行。

1 機(jī)組概況

某發(fā)電廠2號(hào)機(jī)為法國(guó)阿爾斯通公司制造的單軸、雙背壓、凝汽式600 MW汽輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組軸系由高壓轉(zhuǎn)子、中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子A、低壓轉(zhuǎn)子B、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、勵(lì)磁滑環(huán)小軸以及10個(gè)支持軸承組成，各個(gè)轉(zhuǎn)子之間均采用剛性聯(lián)軸器連接，軸系布置如圖1所示，發(fā)電機(jī)-勵(lì)磁機(jī)雙支撐，勵(lì)磁小軸懸掛在10號(hào)瓦外端，呈懸臂梁結(jié)構(gòu)。每道軸承水平、垂直方向各配置1個(gè)渦流傳感器，測(cè)量轉(zhuǎn)子軸振。2014年3—6月進(jìn)行第3次A修，10號(hào)軸承未作任何改動(dòng)，為改進(jìn)勵(lì)磁機(jī)油擋輕微滲油的情況，在大修期間將勵(lì)磁機(jī)上的原梳齒式油擋改成接觸式浮動(dòng)環(huán)油擋。新油擋共3道齒，每個(gè)齒的寬度約5 mm，材質(zhì)為非金屬。

2 振動(dòng)故障現(xiàn)象

機(jī)組大修啟動(dòng)后，軸系整體振動(dòng)較好，10號(hào)軸振雖然存在小幅度波動(dòng)，但仍然在合格范圍之內(nèi)，其他各瓦軸振均在優(yōu)良范圍之內(nèi)。500 MW工況下，10號(hào)瓦軸承水平振動(dòng)均值為90 μm，垂直振動(dòng)均值為60 μm。8月8日，2號(hào)主機(jī)負(fù)荷投入主動(dòng)控制，機(jī)端電壓投入AVC（自動(dòng)電壓控制），機(jī)組負(fù)荷約在490～500 MW區(qū)間緩慢上行。8∶40，機(jī)組軸系10號(hào)軸振發(fā)生階躍式突變，10號(hào)水平振動(dòng)由103 μm突升至125 μm，垂直振動(dòng)由90 μm突升至100 μm，之后振動(dòng)持續(xù)爬升，見圖2。

圖210 號(hào)瓦振動(dòng)突變趨勢(shì)

由圖2可知，機(jī)組進(jìn)行快速降低負(fù)荷出力，減無功，10號(hào)軸振無明顯改善，10號(hào)瓦軸承水平振動(dòng)最高爬升至139 μm，垂直振動(dòng)最高爬升至122 μm。09∶08，10號(hào)軸振再次發(fā)生突變，10號(hào)瓦水平振動(dòng)由最高點(diǎn)139 μm階躍下降為136 μm，垂直振動(dòng)由最高點(diǎn)122 μm階躍下降為116 μm，止住上升勢(shì)頭，保持穩(wěn)定運(yùn)行。

由頻譜分析可知，突變振動(dòng)為工頻分量，幅值突變的同時(shí)，工頻相位也發(fā)生了變化。在0.5 h內(nèi)，10號(hào)軸振發(fā)生了2次突變，對(duì)振動(dòng)的影響是不同的，一次突變?cè)龃?，一次突變減少。突變后的振動(dòng)與機(jī)組有功、無功、勵(lì)磁電流、氫溫和密封油溫?zé)o明顯的關(guān)系。突變發(fā)生在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與勵(lì)磁機(jī)小軸側(cè)，對(duì)9號(hào)軸振也無大影響。

3 故障診斷與分析

正常運(yùn)行中發(fā)電機(jī)-勵(lì)磁機(jī)發(fā)生強(qiáng)迫性突變性振動(dòng)的常見原因有：匝間短路、對(duì)輪錯(cuò)位、轉(zhuǎn)動(dòng)部件脫落等[4]。

3.1 轉(zhuǎn)子匝間短路

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路，同樣具有突發(fā)性振動(dòng)的特點(diǎn)，其故障對(duì)軸系的作用有電磁力不平衡和轉(zhuǎn)子熱彎曲。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路，其軸系振動(dòng)與勵(lì)磁電流有明顯的關(guān)系，隨著機(jī)組減負(fù)荷，軸系振動(dòng)應(yīng)該能夠減少。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子及支撐結(jié)構(gòu)相對(duì)來講是對(duì)稱的，如果是這種故障，軸系振動(dòng)反映強(qiáng)烈的應(yīng)該是9號(hào)和10號(hào)軸承，而不僅僅是10號(hào)軸承；可見與該廠2號(hào)機(jī)組的振動(dòng)現(xiàn)象和特征不符，應(yīng)該排除。

3.2 轉(zhuǎn)動(dòng)部件脫落

轉(zhuǎn)動(dòng)部件脫落故障具有典型突發(fā)性、振動(dòng)1X頻率和一旦發(fā)生后即穩(wěn)定（不隨負(fù)荷變化）的特征。根據(jù)文獻(xiàn)2的脫落定位準(zhǔn)則，計(jì)算突變前后振動(dòng)的矢量變化，無法得出符合位置的轉(zhuǎn)動(dòng)部件脫落。

由于阿爾斯通無刷勵(lì)磁機(jī)采用懸臂梁支承，勵(lì)磁機(jī)質(zhì)量對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸振的不平衡響應(yīng)非常靈敏，勵(lì)磁機(jī)臨界轉(zhuǎn)速初始設(shè)計(jì)值為2 750 r/min，使得臨界轉(zhuǎn)速接近工作轉(zhuǎn)速，嚴(yán)重影響了勵(lì)磁機(jī)振動(dòng)的穩(wěn)定性。如果勵(lì)磁機(jī)有轉(zhuǎn)動(dòng)部件飛脫，導(dǎo)致的不平衡響應(yīng)大，而且更不穩(wěn)定，會(huì)使得10號(hào)軸振大幅度波動(dòng)。而多次發(fā)生飛落的零部件故障可能性也不大。綜合上述分析判斷，勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)零部件無脫落可能性。

3.3 靠背輪錯(cuò)位

轉(zhuǎn)子間靠背輪移位，即轉(zhuǎn)子間同心度發(fā)生變化，是機(jī)組軸系振動(dòng)發(fā)生突變的另一種重要故障，其故障引起的振動(dòng)具有突發(fā)性、1X頻率，瞬間變化完成后機(jī)組軸系振動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定。轉(zhuǎn)子靠背輪移位是由于外部沖擊轉(zhuǎn)動(dòng)力矩超過了靠背輪螺栓緊力而導(dǎo)致對(duì)輪之間的錯(cuò)位，在運(yùn)行中容易發(fā)生多次錯(cuò)位，錯(cuò)位是隨機(jī)的，導(dǎo)致振動(dòng)變大變小都有可能，完全符合該機(jī)組的振動(dòng)現(xiàn)象與特征。

3.4 系統(tǒng)線路沖擊

機(jī)組運(yùn)行中要產(chǎn)生大扭矩才有可能克服螺栓緊力產(chǎn)生對(duì)輪移位。正常運(yùn)行中的機(jī)組會(huì)產(chǎn)生大扭矩一般原因是：電網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊，線路跳閘和重合閘，帶來的瞬間大電流會(huì)作用在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生較大的扭矩，當(dāng)扭矩力足夠大時(shí)，能克服對(duì)輪螺栓緊力，使得對(duì)輪錯(cuò)位，軸系產(chǎn)生新的不平衡量，導(dǎo)致振動(dòng)的突變。

圖12 號(hào)機(jī)組軸系布置

查閱500 kV線路故障錄波器，發(fā)現(xiàn)在8∶40，有1條500 kV線路跳閘，重合閘失敗。2號(hào)機(jī)組AVC自動(dòng)撤出，無功跳躍183 Mvar→263 Mvar→188 Mvar，勵(lì)磁電流2 360 A→2 470 A→2 385 A，500 kV系統(tǒng)電壓520 kV→386 kV→512 kV；與第一次軸振振動(dòng)突增故障吻合。09∶08，500 kV故障錄波器再次動(dòng)作，另1條500 kV線路跳閘，重合成功。2號(hào)機(jī)組無功跳躍79 Mvar→163 Mvar→77 Mvar，500 kV系統(tǒng)電壓519.7 kV→386 kV→514.8 kV，與第二次軸振突降吻合，見圖2。

4 處理措施

根據(jù)上述分析診斷結(jié)果，停機(jī)檢查發(fā)電機(jī)-勵(lì)磁機(jī)對(duì)輪的同心度，檢查結(jié)果為0.05 mm，嚴(yán)重超標(biāo)，勵(lì)磁機(jī)靠背輪還存在接觸面不足。

重新連接勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子，嚴(yán)格控制勵(lì)磁機(jī)晃度，發(fā)電機(jī)-勵(lì)磁機(jī)靠背輪螺栓緊力到位，為防止高速情況下螺栓緊力松動(dòng)，在緊力到位后再盤車一段時(shí)間，停盤車再緊，如此反復(fù)幾次，以確保發(fā)電機(jī)-勵(lì)磁機(jī)靠背輪螺栓緊力到位。這次修復(fù)，把勵(lì)磁機(jī)同心度調(diào)整至0.015 mm，接觸面不足的問題得到妥善解決。

勵(lì)磁機(jī)重新裝復(fù)后啟動(dòng)，未再現(xiàn)突變振動(dòng)，但是，勵(lì)磁機(jī)仍然存在定速爬升波動(dòng)問題。由表1可知，修復(fù)后10號(hào)軸振仍然偏大，且存在一定程度的爬升，是懸臂梁結(jié)構(gòu)的通病。為此，通過精細(xì)動(dòng)平衡來處理，在勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子上加重98 g，有效降低勵(lì)磁機(jī)殘余不平衡量，使得機(jī)組即使振動(dòng)有所波動(dòng)，波動(dòng)的上限仍在優(yōu)良范圍。

5 結(jié)語

某廠2號(hào)機(jī)組突發(fā)性振動(dòng)通過振動(dòng)特征分析和線路故障記錄，診斷為發(fā)電機(jī)-勵(lì)磁機(jī)對(duì)輪錯(cuò)位。阿爾斯通勵(lì)磁機(jī)因其懸臂梁結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，機(jī)組振動(dòng)不平衡響應(yīng)靈敏，易受外部因素干擾，從而普遍存在勵(lì)磁機(jī)振動(dòng)波動(dòng)爬升，通過嚴(yán)格控制勵(lì)磁機(jī)的安裝質(zhì)量，結(jié)合精細(xì)動(dòng)平衡技術(shù)，能夠有效抑制勵(lì)磁機(jī)振動(dòng)。

表1 勵(lì)磁機(jī)修復(fù)后啟動(dòng)后振動(dòng)數(shù)據(jù)

[1]張學(xué)延，王延博，張衛(wèi)軍.超臨界壓力汽輪機(jī)蒸汽激振問題分析及對(duì)策[J].中國(guó)電力，2002，35（12）∶1-6.

[2]童小忠，應(yīng)光耀，吳文健，等.汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件脫落故障的識(shí)別方法研究[J].振動(dòng)、測(cè)試與診斷，2012，32（5）∶462-264.

[3]宋光雄，陳松平，宋君輝，等.汽輪機(jī)汽流激振故障原因及分析[J].動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，2012，32（10）∶770-778.

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[7]張志恒，曾名劭.某185 MW汽輪發(fā)電機(jī)組低頻振動(dòng)分析及處理[J].浙江電力，2016，35（5）∶49-52.?

（本文編輯：徐晗）

Diagnosis and Treatment on Abrupt Vibration of a 600 MW Generator

HU Jiangang，ZHOU Yizhe，YING Guangyao，WANG Chongru，LI Guoming
（1.Guodian Zhejiang Beilun No.1 Power Generation Co.，Ltd.，Ningbo Zhejiang 315000，China；
2.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

Power frequency vibration occurs abruptly on an Alstom 600 MW subcritical unit.By vibration characteristic analysis and line fault record，it is determined that the vibration is caused by displacement exciter shaft coupling due to external line impact.By installation quality control of cantilever exciter rotor，coupling bolt fastening and dynamic balance refinement，the fierce vibration of the exciter is eliminated.

generator；exciter；abrupt power-frequency vibration；dynamic balancing

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）01-0061-03

2016-10-21

胡劍剛（1974），男，工程師，主要從事于汽輪機(jī)運(yùn)行技術(shù)研究。