半速汽輪機(jī)振動(dòng)異常原因排查與解決策略

賈玉強(qiáng)，鄭敏華

（福建福清核電有限公司，福建 福清 350318）

某核電廠(chǎng)汽輪機(jī)是由東方電氣集團(tuán)采用ALSTOM技術(shù)生產(chǎn)的ArabelleTM 1000MW級(jí)大型半速汽輪機(jī)。在機(jī)組調(diào)試期間，曾經(jīng)連續(xù)三次出現(xiàn)汽機(jī)2號(hào)軸瓦振動(dòng)異常，超過(guò)手動(dòng)打閘閾值130μm，導(dǎo)致被迫停機(jī)。通過(guò)對(duì)三次振動(dòng)異?，F(xiàn)象過(guò)程中機(jī)組參數(shù)的研究分析，確定了振動(dòng)異常發(fā)生的原因和處理措施，經(jīng)后續(xù)沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)的驗(yàn)證，最終解決了此問(wèn)題，對(duì)于采用同一類(lèi)型汽輪機(jī)的同行電站有借鑒意義。

1 汽輪機(jī)三次振動(dòng)異常的描述

（1）第一次振動(dòng)異常描述。2016年10月7日2點(diǎn)，100%FP平臺(tái)停機(jī)不停堆試驗(yàn)后沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)，3號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組在并網(wǎng)后升功率過(guò)程中GME006MV振動(dòng)最高達(dá)131.7μm，按規(guī)程手動(dòng)打閘停機(jī)，打閘停機(jī)后2號(hào)瓦相對(duì)振動(dòng)升高，垂直方向最高達(dá)242.3μm，水平方向均超量程，達(dá)到308μm。

（2）第二次振動(dòng)異常描述。2016年10月7日22點(diǎn)，機(jī)組重新執(zhí)行沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)操作，在沖轉(zhuǎn)期間各項(xiàng)參數(shù)均正常，并網(wǎng)后發(fā)現(xiàn)GSS002VV同樣被置于手動(dòng)27%開(kāi)度，操縱員迅速重新開(kāi)啟該閥門(mén)后，中壓缸排汽溫度穩(wěn)步上升，2#瓦的振動(dòng)數(shù)值最大到88μm，之后緩慢下降，隨后在升功率的過(guò)程中振動(dòng)值穩(wěn)定在22μm左右。

（3）第三次振動(dòng)異常描述。2016年10月8日晚，執(zhí)行100%FP功率平臺(tái)甩孤島后重新并網(wǎng)過(guò)程中，通過(guò)500kV超高壓斷路器重新并網(wǎng)后，汽輪發(fā)電機(jī)2#軸瓦振動(dòng)持續(xù)升高，GME006MV振動(dòng)高達(dá)到130μm，手動(dòng)緊急打閘停機(jī)。

2 原因分析及故障排查

（1）原因分析。一般來(lái)說(shuō)，汽輪機(jī)振動(dòng)高通常發(fā)生在啟停過(guò)程中。汽輪發(fā)電機(jī)組在啟停過(guò)程中，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，機(jī)組出現(xiàn)劇烈振動(dòng)，而超過(guò)這一轉(zhuǎn)速后振動(dòng)又會(huì)減小，恢復(fù)正常。引起汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的原因很多，主要原因有制造水平不高、安裝不夠合理、檢修和運(yùn)行管理水平不高等，而且它們之間又是相互影響的。

（2）故障排查。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)汽機(jī)振動(dòng)的實(shí)際情況，重點(diǎn)從以下兩個(gè)方面進(jìn)行故障排查：①中壓缸通流間隙的數(shù)據(jù)對(duì)比與分析。汽輪機(jī)內(nèi)部發(fā)生摩擦?xí)鹫駝?dòng)。經(jīng)核實(shí)汽輪機(jī)安裝階段通流間隙數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，3號(hào)機(jī)組高中壓缸徑向通流間隙雖滿(mǎn)足安裝要求，但是與1號(hào)和2號(hào)機(jī)組進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)存在如下問(wèn)題：中壓缸徑向通流間隙在不同方向上均存在偏下限的情況；中壓缸四個(gè)級(jí)的下部間隙均恰好為下限值；中壓缸四個(gè)級(jí)的右部間隙均只比下限高0.02～0.05mm；中壓第三級(jí)徑向通流間隙上下左右四個(gè)方向上均僅比下限高0.00～0.05mm。②中壓缸排汽溫度與二級(jí)進(jìn)汽閥門(mén)開(kāi)度的數(shù)據(jù)對(duì)比與分析。汽輪機(jī)缸體溫度變化直接影響汽缸的膨脹，使得汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙發(fā)生變化，從而可能導(dǎo)致碰摩（表1、2）。

根據(jù)幾次的數(shù)據(jù)顯示：中壓缸排汽溫度GME056MT在沖轉(zhuǎn)、并網(wǎng)過(guò)程中都會(huì)有所下降。轉(zhuǎn)速為0～200r/min，下降約2℃；轉(zhuǎn)速為200～500r/min，下降約8℃；轉(zhuǎn)速為500～150r/min，下降約5℃；并網(wǎng)至55MW期間下降13℃左右。從55MW開(kāi)始，以2MW/min的速率升負(fù)荷期間，閥門(mén)逐漸開(kāi)大，二級(jí)再熱蒸汽壓力逐漸升高，中壓缸排汽溫度也逐漸升高，進(jìn)入一個(gè)良性的動(dòng)作響應(yīng)過(guò)程。而中壓缸的缸體的溫度變化不大。

表1 中壓缸排汽溫度對(duì)比

表2 相同試驗(yàn)下中壓缸排汽溫度與閥門(mén)動(dòng)作情況對(duì)比

3 消除振動(dòng)高故障處理方案以及運(yùn)行控制策略

（1）處理方案?；谏鲜龇治雠挪椋梢钥闯銎啓C(jī)轉(zhuǎn)子和靜子之間的通流間隙過(guò)小，導(dǎo)致梳齒之間的碰摩。需在3號(hào)機(jī)組大修時(shí)進(jìn)行檢查，如通流間隙已超下限，將其調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)偏上限。機(jī)組沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)前將電功率信號(hào)的質(zhì)量位屏蔽，防止二級(jí)再熱供汽壓力控制閥門(mén)被置于手動(dòng)，采取的措施：在電功率表輸出到汽水分離再熱器的控制回路上增加500ms的延時(shí)。同時(shí)增加閥門(mén)切換到手動(dòng)時(shí)的報(bào)警，以提醒運(yùn)行人員及時(shí)干預(yù)。當(dāng)KKO003/004/005MW產(chǎn)生質(zhì)量位后，一路送往汽水分離再熱器二級(jí)再熱控制邏輯中，期間經(jīng)過(guò)一個(gè)500ms的上升沿延時(shí)，從而避免了并網(wǎng)瞬間對(duì)二級(jí)再熱供汽壓力控制閥門(mén)控制產(chǎn)生影響。采取上述措施后經(jīng)再次驗(yàn)證，機(jī)組沒(méi)有再發(fā)生振動(dòng)高的現(xiàn)象。

（2）運(yùn)行控制策略。根據(jù)半速汽輪機(jī)的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)探索，建議在機(jī)組升、降負(fù)荷過(guò)程中采取如下運(yùn)行控制策略：①冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，在轉(zhuǎn)速為100r/min時(shí)短暫停留，進(jìn)行聽(tīng)音和摩擦檢查。完成后直接上升到200r/min時(shí)停留2小時(shí)暖機(jī)，沖轉(zhuǎn)到500r/min后再次進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)聽(tīng)音摩擦檢查，沖轉(zhuǎn)到1500r/min時(shí)停留0.5小時(shí)后再并網(wǎng)。②熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)汽機(jī)不進(jìn)行暖機(jī)操作，200r/min平臺(tái)檢查（半小時(shí)內(nèi)），500r/min平臺(tái)檢查無(wú)異常后升轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速達(dá)1500r/min后檢查無(wú)異常（半小時(shí)內(nèi)）盡快并網(wǎng)提升功率。③垂直方向相對(duì)振動(dòng)大于90μm時(shí)，停止升降功率，穩(wěn)定負(fù)荷。如振動(dòng)持續(xù)上升，高于110μm時(shí)以60MW為目標(biāo)功率，以5MW/min的速率開(kāi)始降功率，當(dāng)振動(dòng)再次小于90μm時(shí)，停止降功率，穩(wěn)定觀察。仔細(xì)檢查振動(dòng)、膨脹以及軸承金屬溫度的變化，用便攜式設(shè)備測(cè)量局部振動(dòng)。④汽輪機(jī)經(jīng)過(guò)臨界轉(zhuǎn)速區(qū)時(shí)（700～1200r/min），主控密切監(jiān)視汽輪發(fā)電機(jī)軸振、瓦振值。在此臨界轉(zhuǎn)速區(qū)內(nèi)，汽輪機(jī)嚴(yán)禁停留；特別注意機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測(cè)，在第一臨界轉(zhuǎn)速前，如出現(xiàn)軸振動(dòng)過(guò)大，應(yīng)停下來(lái)分析原因并進(jìn)行處理，不得強(qiáng)行升速。⑤負(fù)荷不要停留在低于50MW（5%FP）的水平，如果無(wú)法避免，則在該平臺(tái)的時(shí)間不要超過(guò)2小時(shí)，并且低壓缸的噴淋冷卻系統(tǒng)要投運(yùn)。不能在50MW功率水平連續(xù)運(yùn)行超過(guò)8小時(shí)。⑥機(jī)組發(fā)生甩負(fù)荷等重大瞬態(tài)期間，密切關(guān)注汽水分離器二級(jí)再熱進(jìn)汽閥門(mén)的動(dòng)作情況，必要時(shí)手動(dòng)控制開(kāi)度，避免中壓缸進(jìn)汽溫度下降超過(guò)30℃。

4 結(jié)語(yǔ)

在不考慮汽輪機(jī)停機(jī)解體檢修的情況下，通過(guò)有效控制汽水分離再熱器二級(jí)進(jìn)汽的閥門(mén)開(kāi)度，改變進(jìn)汽量從而保證汽輪機(jī)中壓缸溫度不發(fā)生大幅度波動(dòng)可以在一定程度上緩解和消除動(dòng)靜摩擦。采取本文提供的運(yùn)行控制策略則可以有效避免振動(dòng)高出現(xiàn)，確保汽輪機(jī)啟動(dòng)安全。