某臺汽輪發(fā)電機(jī)不穩(wěn)定低頻瓦振分析

李斌 楊建剛 柴巖

摘要：通過對某臺汽輪發(fā)電機(jī)組啟停機(jī)、增減負(fù)荷過程中軸系振動(dòng)的全面測試，分析了發(fā)電機(jī)瓦振突變原因，指出電磁干擾是不穩(wěn)定振動(dòng)的根源。本例中，電磁干擾產(chǎn)生了頻率為6.5Hz左右的低頻分量，其幅值存在不規(guī)律性和突變性。通過將磁電式速度傳感器更換為壓電式速度傳感器，解決了機(jī)組不穩(wěn)定振動(dòng)。介紹了機(jī)組振動(dòng)特征及分析過程，分析了電磁干擾來源，指出電磁干擾現(xiàn)象可能與發(fā)電機(jī)徑向或軸向磁力中心不正有關(guān)。

關(guān)鍵詞：汽輪發(fā)電機(jī);振動(dòng);電磁干擾

中圖分類號：TK263.2

Abstract： The cause of the sudden change of the bearing vibration of a turbine generator is analyzed via a comprehensive test during the start and stop process and the load increasing and reducing process of the unit. Test results show that electromagnetic disturbance is the cause of the unstable vibration. In this case， electromagnetic disturbance generates a low frequency component of 6.5Hz， where its amplitude indicates irregularity and sudden change. By replacing the magnetoelectric velocity transducer with a piezoelectric velocity transducer， the unstable vibration of the unit is solved. The vibration characteristics and analysis process of the unit are introduced. In addition， the source of the electromagnetic disturbance is analyzed. It is pointed out that the electromagnetic disturbance could possibly be related to the deviation of the radial or axial magnetic center of the generator.

Key Words： turbine generator; vibration; electromagnetic disturbance

0 前言

某電廠一臺新安裝的9E系列燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，在啟動(dòng)調(diào)試過程中，發(fā)電機(jī)軸承瓦振出現(xiàn)不穩(wěn)定振動(dòng)，振動(dòng)信號中含有大幅低頻分量，導(dǎo)致機(jī)組多次跳機(jī)，嚴(yán)重影響了新機(jī)調(diào)試進(jìn)程。

通過對機(jī)組啟停機(jī)、增減負(fù)荷過程中振動(dòng)的全面測試，分析了發(fā)電機(jī)瓦振不穩(wěn)定原因，指出電磁干擾是不穩(wěn)定振動(dòng)的根源。通過將磁電式速度傳感器更換為壓電式速度傳感器，解決了機(jī)組不穩(wěn)定振動(dòng)。

介紹了機(jī)組振動(dòng)特征及分析過程，可以為同類振動(dòng)問題的分析提供參考。

1 機(jī)組介紹

某臺9E系列聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組配套的汽輪機(jī)為60MW，軸系由汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子組成，勵(lì)磁機(jī)采用懸臂結(jié)構(gòu)，軸系共有4個(gè)軸承，軸系布置如圖3所示。

每個(gè)軸承上安裝有x和y方向上的軸振傳感器，合計(jì)8個(gè)軸振測點(diǎn)，瓦振傳感器安裝在軸承座的正上方。在機(jī)頭處安裝有測量相位的鍵相傳感器。振動(dòng)測點(diǎn)布置如圖2所示。

2 機(jī)組振動(dòng)現(xiàn)象

2.1 突變前后振動(dòng)變化趨勢

2017年5月20日01：18，機(jī)組首次啟動(dòng)并定速3 000 r/min。定速后，#4軸承瓦振突變，振動(dòng)最大值約為97μm，導(dǎo)致機(jī)組跳機(jī)。跳機(jī)前后其余各軸承的瓦振及軸振無明顯變化。跳機(jī)前后機(jī)組各點(diǎn)瓦振變化趨勢如圖3（a）所示。03：00左右，機(jī)組再次沖轉(zhuǎn)。03：30升速至3 000 r/min。因4瓦瓦振不穩(wěn)定，降速暖機(jī)，此過程趨勢如圖3（b）所示。05：00機(jī)組第3次升速。升速接近3 000 r/min時(shí)，4瓦瓦振突變?，F(xiàn)場實(shí)測，4號軸承垂直和水平方向振動(dòng)都不大，<30μm，手動(dòng)打閘停機(jī)。此過程振動(dòng)變化趨勢如圖3（c）所示。

5月21日02：30，機(jī)組第4次啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)。05：17定速3 000 r/min，此過程中各軸瓦振動(dòng)穩(wěn)定。定速至5月21日16：28，電氣開始勵(lì)磁實(shí)驗(yàn)，對機(jī)組起勵(lì)。試驗(yàn)過程中，3瓦和4瓦開始出現(xiàn)波動(dòng)，隨后4瓦瓦振大跳機(jī)。跳閘前就地實(shí)測4瓦垂直和水平方向振動(dòng)不大。此過程振動(dòng)趨勢如圖4所示。

綜合多次突變前后振動(dòng)變化趨勢，其變化特征可以總結(jié)如下：

（1）振動(dòng)變化具有突變性，可以在幾秒鐘內(nèi)突變;

（2）振動(dòng)變化具有隨機(jī)性，沒有明顯的規(guī)律;

（3）振動(dòng)突變主要表現(xiàn)在發(fā)電機(jī)后軸承上，4號軸承座振動(dòng)突變時(shí)，4x和4y軸振基本上沒有變化，其余軸振測點(diǎn)和瓦振測點(diǎn)變化也不大。

2.2 跳機(jī)前后振動(dòng)波形

查詢機(jī)組所配振動(dòng)監(jiān)測保護(hù)TDM系統(tǒng)，5月20日 05：35時(shí)間段附近跳機(jī)前振動(dòng)波形圖如圖5所示。從波形中可以看出，振動(dòng)突變后，#4瓦軸振及#3瓦瓦振波形比較規(guī)則，但#4瓦瓦振波形較為雜亂，沒有規(guī)則。

2.3跳機(jī)前振動(dòng)頻譜

05：35時(shí)間段附近跳機(jī)前振動(dòng)頻譜如圖6所示。振動(dòng)增大后，4號瓦振中出現(xiàn)了較大幅度的低頻分量，對應(yīng)頻率為6.14Hz，其幅值達(dá)到99μm。4x/4y測點(diǎn)軸振信號中雖然含有較大的二倍頻分量，但這是由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不對稱所引起的。相比之下，其余各點(diǎn)軸振和瓦振頻譜比較規(guī)則，以工頻分量為主。

2.4啟停過程振動(dòng)分析

機(jī)組因振動(dòng)大而跳機(jī)后，轉(zhuǎn)速從3 000 r/min下降到2 900 r/min，振動(dòng)即會大幅度減小，恢復(fù)到正常狀態(tài)。

3 振動(dòng)分析

3.1 檢查項(xiàng)目

根據(jù)上面的測試數(shù)據(jù)及現(xiàn)場反饋情況，#4機(jī)組振動(dòng)主要存在4號瓦振不穩(wěn)定和突變問題，決定利用停機(jī)機(jī)會進(jìn)行檢查，具體包括：

（1）檢查發(fā)電機(jī)兩側(cè)端蓋與軸、軸與軸承烏金、軸與軸承兩側(cè)油檔之間摩擦情況;

（2）檢查#3、#4軸承下瓦烏金面工作情況，同時(shí)檢查#3、#4軸承潤滑油進(jìn)油管是否堵塞，導(dǎo)致軸承進(jìn)油不足;

（3）檢查#3、#4軸承瓦振信號測量回路是否存在多點(diǎn)接地，信號線屏蔽層是否存在異常。TSI系統(tǒng)有嚴(yán)格的接地要求，不正確接地方式（如機(jī)柜接地虛焊、多點(diǎn)接地等）將會直接影響系統(tǒng)抗干擾能力;

（4）檢查碳刷與軸的接觸情況，碳刷是否存在接地不良，減小軸電流干擾;

（5）檢查#3、#4軸承座軸承絕緣，電阻不得低于0.5MΩ。

上述檢查結(jié)束后，建議在現(xiàn)場就地架表，采取壓電式振動(dòng)速度傳感器測量#3、#4軸承座垂直、水平和軸向振動(dòng)。為便于比較，測試時(shí)同步接入TSI系統(tǒng)#3、#4軸承瓦振信號。

3.2 檢修后開機(jī)振動(dòng)情況

本次檢修，更換了一段屏蔽線。再次開機(jī)，#4瓦振動(dòng)波動(dòng)幅度有所減小，沒有出現(xiàn)前面多次開機(jī)出現(xiàn)的突跳現(xiàn)象，但#4瓦波動(dòng)現(xiàn)象依然存在，6.5Hz左右的低頻分量依然是引起振動(dòng)波動(dòng)的主要原因。

雖然TSI和TDM檢測到的振動(dòng)波動(dòng)幅度較大，但我們采用壓電式速度傳感器測得的#3瓦和#4瓦振動(dòng)穩(wěn)定，波動(dòng)幅度較小。

通過大量的試驗(yàn)，確認(rèn)振動(dòng)波動(dòng)是TSI系統(tǒng)受到干擾。從TSI緩沖輸出口逐步向傳感器側(cè)排查，最終發(fā)現(xiàn)傳感器輸出信號本身就已經(jīng)受到了較大干擾。將#3、#4瓦側(cè)磁電式振動(dòng)速度傳感器更換為壓電式振動(dòng)速度傳感器后，#3瓦和#4瓦振動(dòng)穩(wěn)定，波動(dòng)現(xiàn)象消失。

3.3 電磁干擾原因分析

試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，該機(jī)組同時(shí)存在勵(lì)磁升壓過程中發(fā)電機(jī)兩側(cè)軸承座軸向振動(dòng)突增現(xiàn)象。軸向振動(dòng)突增后，振動(dòng)頻率基本上都是100Hz二倍頻分量，勵(lì)磁升壓去除后，軸向振動(dòng)突降。多次試驗(yàn)表明，升壓和降壓過程中軸向振動(dòng)重復(fù)性很好。這是一種典型的發(fā)電機(jī)電磁激振現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)電機(jī)徑向或軸向磁力中心不正時(shí)，容易產(chǎn)生這樣的電磁激振力。發(fā)電機(jī)磁力中心不正也有可能會形成電磁干擾，對磁電式速度傳感器輸出信號產(chǎn)生很大影響。

4 結(jié)論

（1）通過對機(jī)組啟停機(jī)、增減負(fù)荷過程中振動(dòng)的全面測試，指出電磁干擾是不穩(wěn)定振動(dòng)的根源。對于本機(jī)組而言，電磁干擾產(chǎn)生了頻率為6.5Hz左右的低頻分量，而且低頻分量幅值存在不規(guī)律性和突變性;

（2）通過將磁電式速度傳感器更換為壓電式速度傳感器，解決了機(jī)組不穩(wěn)定振動(dòng);

（3）結(jié)合該機(jī)組電磁激振引發(fā)的發(fā)電機(jī)軸承座軸向振動(dòng)問題，認(rèn)為電磁干擾現(xiàn)象可能與發(fā)電機(jī)徑向或軸向磁力中心不正有關(guān)，建議進(jìn)一步開展相關(guān)試驗(yàn)研究。