淺談25MW汽輪發(fā)電機(jī)組常見故障與處理

張 濤

河鋼集團(tuán)宣鋼公司設(shè)備能源部25MW汽輪發(fā)電機(jī)組為公司能源回收利用、發(fā)電創(chuàng)效環(huán)節(jié)中的重要設(shè)備。確保設(shè)備安全、穩(wěn)定、高效運行一直是設(shè)備操作和管理人員思考和鉆研的方向。根據(jù)汽輪發(fā)電機(jī)組運行參數(shù)、運行狀態(tài)的變化準(zhǔn)確判斷出設(shè)備故障并迅速處理，確保設(shè)備長周期穩(wěn)定運行。根據(jù)25MW汽輪發(fā)電機(jī)組正常運行時數(shù)據(jù)要求，設(shè)備正常運行不能偏離數(shù)據(jù)，此屬于為設(shè)備正常運轉(zhuǎn)的依據(jù)。25MW汽輪發(fā)電機(jī)組蒸汽壓力達(dá)到3.43MPa，蒸汽溫度為435℃，抽氣壓力為0.98MPa，潤滑油壓為0.08～0.12MPa，冷油器出口油溫為35～45℃，軸承溫度小于85℃，熱井水位范圍為500～800mm。

1 設(shè)備發(fā)生故障時處理原則

25MW汽輪發(fā)電機(jī)組運行過程中出現(xiàn)故障，工作人員排除故障可參考儀表指示和設(shè)備所處狀態(tài)，迅速準(zhǔn)確的判斷出故障的原因、性質(zhì)、以及發(fā)生部位。技術(shù)人員不僅要快速判斷故障，還需要迅速處理故障，消除對人身、設(shè)備及生產(chǎn)的威脅。在處理故障和處理完故障后崗位操作人員應(yīng)服從組長統(tǒng)一指揮，不得擅自操作設(shè)備。

故障處理后，應(yīng)及時將故障發(fā)生的時間、經(jīng)過等情況詳細(xì)記錄在設(shè)備臺賬上，召開事故調(diào)查分析會，查明原因，總結(jié)經(jīng)驗，吸取教訓(xùn)。

故障處理時的原則是盡可能在不影響生產(chǎn)的情況下進(jìn)行，比較嚴(yán)重的設(shè)備故障無法在線處理時，應(yīng)先通知生產(chǎn)調(diào)度后進(jìn)行停機(jī)處理。

2 設(shè)備出現(xiàn)下列事故狀態(tài)需緊急停機(jī)

（1）機(jī)組轉(zhuǎn)速超過額定值12%而未停機(jī)。

（2）機(jī)組突然發(fā)生強(qiáng)烈振動或清楚聽到內(nèi)部有金屬聲音。

（3）汽輪機(jī)軸封內(nèi)發(fā)生火花。

（4）機(jī)組任何一個軸承斷油或冒煙。

（5）汽輪機(jī)油系統(tǒng)著火，不能撲滅，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全運行。

（6）油箱油位下降至下限值，漏油原因不明。

（7）主蒸汽或給水管道破裂，危及機(jī)組安全時。

3 25MW汽輪發(fā)電機(jī)組常見故障與處理

3.1 汽輪機(jī)運行時真空度下降

對于25MW汽輪機(jī)，真空的高低對汽輪機(jī)組運行的安全性、可靠性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性影響極大。而在實際生產(chǎn)中，我們通常用真空度來反映汽輪機(jī)凝汽器真空的狀況。真空度，（凝汽器真空值／當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)大氣壓）X100，通過對汽輪機(jī)凝汽器真空度下降原因的分析，依據(jù)25MW汽輪機(jī)運行參數(shù)變化和設(shè)備檢修流程，設(shè)計出了防止真空度下降的方案，確保汽輪機(jī)組在正常背壓下工作，提升設(shè)備工作的穩(wěn)定性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性。

深入研究發(fā)電站汽輪機(jī)組熱循環(huán)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)凝氣設(shè)備起到重要作用，凝氣設(shè)備能否正常運行直接關(guān)系到汽輪機(jī)組工作的經(jīng)濟(jì)性、安全性、穩(wěn)定性和可靠性。凝汽器真空度測試可反映出汽輪機(jī)的工作狀況，也可考察凝汽器綜合性能。汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性隨凝汽器真空水平的變化而發(fā)生變化，若汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的凝汽器真空下降率達(dá)到1%時，汽輪機(jī)組的熱量消耗急劇升高，上升率可達(dá)到0.6%。所以要確保汽輪機(jī)凝汽器處于正常運行狀態(tài)，是發(fā)電廠節(jié)能減排中的一項重要工作。影響汽輪機(jī)凝汽器形成真空的因素有多種，如設(shè)備真空機(jī)組的嚴(yán)密性、冷卻水的流速、溫度、抽氣器的運行情況、凝汽器傳熱狀況、機(jī)組排氣量等。所以要重點關(guān)注汽輪機(jī)組凝汽器真空下降情況，設(shè)計出防止凝汽器真空度下降的方案，提升機(jī)組設(shè)備整體運行性能，確保其在適宜情況下工作。

（1）汽輪機(jī)運行時真空度下降的措施。發(fā)現(xiàn)真空下降應(yīng)迅速核對真空表和排汽溫度，對抽氣器、凝泵運行情況、凝汽器熱井水位進(jìn)行檢查。抽氣器工作不正常引起真空下降的特征有：循環(huán)水出口水溫與排汽溫度的差值增大；抽氣器排氣管向外冒水或冒蒸汽；凝結(jié)水過循環(huán)度增大，但經(jīng)空氣嚴(yán)密性試驗證明真空系統(tǒng)漏氣并未增加。引起抽氣器工作不正常的原因和處理原則如下：冷卻器的冷卻水量不足，使兩段抽氣器內(nèi)同時充滿沒有凝結(jié)的蒸汽；降低了噴嘴的工作效率。此時應(yīng)打開凝結(jié)水再循環(huán)門，關(guān)小通往除氧器的凝結(jié)水門，必要時往凝汽器補(bǔ)充軟化水。冷卻器內(nèi)管板或隔板泄漏，使部分凝結(jié)水不通過管束而短路流出；冷卻器汽側(cè)疏水排出不正常，也可造成兩段抽氣器內(nèi)充滿未凝結(jié)的蒸汽。冷卻器水管破裂或管板上脹口松弛或疏水管不通，使抽氣器滿水，水從抽氣器排氣管噴出。噴嘴磨損或腐蝕，使抽氣器工作變壞。此時，抽氣器的用汽量將增大，通過冷卻器的主凝結(jié)水的溫升也增大。發(fā)生上述情況，應(yīng)迅速進(jìn)行處理，啟動備用抽氣器或真空泵。運行中發(fā)現(xiàn)凝汽器水位升高或凝結(jié)水流量突然增加，應(yīng)通知化驗，化驗?zāi)Y(jié)水質(zhì)，如凝結(jié)水硬度不合格，應(yīng)降負(fù)荷，打開事故放水門。

（2）真空下降原因不明或無法恢復(fù)，向生產(chǎn)調(diào)度匯報后進(jìn)行降負(fù)荷操作。根據(jù)機(jī)組真空度情況調(diào)整機(jī)組負(fù)荷。真空度維持在0.087MPa、0.08MPa、0.072MPa、0.06MPa時都可正常運行，對應(yīng)的機(jī)組負(fù)荷為25000kw、20000kw、10000kw、5000kw。

（3）運行中發(fā)現(xiàn)循環(huán)水進(jìn)水壓力降低，立即提高循環(huán)水進(jìn)水壓力，同時根據(jù)真空下降情況及軸承溫度、發(fā)電機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度、發(fā)電機(jī)鐵芯、線圈溫度進(jìn)行事故處理，降負(fù)荷甚至停機(jī)。

3.2 油系統(tǒng)工作失常

汽輪機(jī)油又稱透平油，是電廠用油量最大的潤滑油，汽輪機(jī)由主要用于給發(fā)電機(jī)組潤滑、冷卻散熱、調(diào)速和密封作用。汽輪機(jī)油的理化性質(zhì)和使用性能，不僅取決于石油的化學(xué)組成和加工方法，而且也受儲油、使用時外界因素的影響。要正確使用、監(jiān)督、維護(hù)和管理好油品，就應(yīng)對汽輪機(jī)油的性質(zhì)進(jìn)行深入的、系統(tǒng)的了解。油在外力作用下，作相對層流運動時，油分子間就存在內(nèi)摩擦阻力，油的黏度就是這種內(nèi)摩擦力的量度。內(nèi)摩擦阻力越大，油的流動越困難，黏度也就越大。

（1）運行中主油泵工作失常，出口油壓降低，并伴有異聲，則應(yīng)將發(fā)電機(jī)負(fù)荷減到零后解列停機(jī)。

（2）油系統(tǒng)漏油，油壓和油箱油位同時下降。檢查油系統(tǒng)，找出漏油部位并立即消除，如系油管道漏油而無法消除漏油應(yīng)停機(jī)，如系冷油器漏油，應(yīng)切換冷油器。

（3）油位下降，油壓不變。可能是冷油器漏油，油箱放油門漏油，油位計失靈所致。檢查冷油器冷卻水有無油花，如系冷油器漏油應(yīng)切換冷油器。檢查油位計。如確定不是因漏油造成的油位下降或漏點已隔絕，應(yīng)向油箱加油。

（4）輔助油泵工作失常處理。汽輪機(jī)在起動前或停機(jī)前，如果輔助油泵有故障則不允許起動或停機(jī)。汽輪機(jī)起動過程中，如果輔助油泵發(fā)生故障，則應(yīng)視轉(zhuǎn)速多少而決定升速或停機(jī)，在汽缸膨脹允許下，轉(zhuǎn)速在1500r/min以上時，則應(yīng)加快升轉(zhuǎn)速，盡快發(fā)揮主油泵作用，若汽缸膨脹不允許下或轉(zhuǎn)速在1500r/min以下應(yīng)停機(jī)。停機(jī)過程中，輔助油泵發(fā)生故障，如轉(zhuǎn)速在1500r/min以上，應(yīng)重新開啟速關(guān)閥，保持空負(fù)荷運行，待修復(fù)油泵后再停機(jī)，轉(zhuǎn)速在1500r/min以下，應(yīng)迅速起動事故油泵，破壞真空停機(jī)。

3.3 冷卻水系統(tǒng)故障

冷油器出油溫度或發(fā)電機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度異常升高時，應(yīng)檢查循環(huán)水進(jìn)水壓力及溫度并調(diào)節(jié)冷油器、空氣冷卻器進(jìn)出水門是否開足。如果循環(huán)水進(jìn)水壓力低，冷油器、空氣冷卻器經(jīng)調(diào)節(jié)無效時，應(yīng)提高循環(huán)水進(jìn)水壓力。如果進(jìn)水壓力無法提高，應(yīng)根據(jù)發(fā)電機(jī)進(jìn)、出風(fēng)溫度，凝汽器真空，軸承溫度等情況進(jìn)行減負(fù)荷或停機(jī)。

3.4 水沖擊故障及處理

當(dāng)汽壓、汽溫急劇下降，管道、法蘭、汽缸平面，軸封和軸封信號管冒出白色濕蒸汽，汽缸內(nèi)部發(fā)出撞擊聲和金屬噪音，汽輪機(jī)軸向位移增大，推力軸承溫度升高時，可能出現(xiàn)水沖擊現(xiàn)象。該現(xiàn)象可能是由于鍋爐故障或誤操作，低加水管破裂，抽汽逆止門不嚴(yán)，起動時疏水未排盡或排泄不暢，凝汽器滿水倒入汽缸等原因造成。發(fā)生水沖擊應(yīng)緊急停機(jī)，然后進(jìn)行各項停機(jī)操作，并在惰走過程中應(yīng)仔細(xì)傾聽汽輪機(jī)內(nèi)部聲音，密切注意軸向位移油壓，推力軸承溫度和各軸承溫度，正確記錄惰走時間。重新起機(jī)過程中要加強(qiáng)疏水，嚴(yán)格監(jiān)視軸向位移油壓和推力軸承溫度，并仔細(xì)傾聽機(jī)組內(nèi)部聲音，如發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)內(nèi)部有聲音，應(yīng)停止起動，開缸檢查。

3.5 軸向位移數(shù)值增大

運行中發(fā)現(xiàn)軸向位移增大，應(yīng)對機(jī)組進(jìn)行詳細(xì)檢查。檢查汽輪機(jī)進(jìn)汽汽溫、汽壓，主油泵出口壓力，推力軸承溫度，發(fā)電機(jī)負(fù)荷以及汽輪機(jī)內(nèi)部聲音和機(jī)組振動數(shù)值變化情況。

3.6 機(jī)組運行中突然電源中斷

機(jī)組運行中突然出現(xiàn)照明熄滅，電源指示熄滅，儀表盤失電情況。如失一路低壓電源，應(yīng)迅速起動備用凝泵、射水泵，檢查機(jī)組情況。若失兩路低壓電源，汽輪機(jī)或發(fā)電機(jī)保護(hù)動作機(jī)組自動停機(jī)，進(jìn)行緊急停機(jī)相關(guān)操作，仔細(xì)檢查機(jī)組狀況。

3.7 汽輪機(jī)超速

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速超過危急保安器動作轉(zhuǎn)速并繼續(xù)上升稱為嚴(yán)重超速。嚴(yán)重超速主要發(fā)生在汽輪發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)解列或運行中甩負(fù)荷的情況中，造成嚴(yán)重超速的可能原因主要是調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)故障或設(shè)備故障。例如：自動主汽門調(diào)速汽門卡澀抽汽管上逆止門卡澀等。

機(jī)組嚴(yán)重超速時的一般征象如下：

（1）汽輪機(jī)運轉(zhuǎn)聲音不正常。

（2）轉(zhuǎn)速表和頻率表指示超過限數(shù)值并繼續(xù)上升。

（3）調(diào)速油壓迅速增加。

（4）機(jī)組振動增大。

超速時汽輪機(jī)發(fā)出不正常的聲音，并伴有強(qiáng)烈振動。轉(zhuǎn)速表指示數(shù)值超過額定值并繼續(xù)上升，主油泵出口油壓迅速升高。機(jī)組負(fù)荷下降或到零。造成汽輪機(jī)超速可能是因為調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)部件卡澀，速關(guān)閥、調(diào)速汽門或抽汽速關(guān)閥不嚴(yán)，危急保安器故障。

出現(xiàn)汽輪機(jī)超速情況，應(yīng)緊急停機(jī)，檢查速關(guān)閥、調(diào)速汽門或抽汽速關(guān)閥是否關(guān)閉。如轉(zhuǎn)速仍上升時，應(yīng)迅速關(guān)閉蒸汽總門和外供抽汽門。

3.8 水沖擊

水沖擊是指當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)組的進(jìn)汽溫度急劇下降到某一程度時，汽輪機(jī)進(jìn)汽將大量帶水。具體表現(xiàn)為單機(jī)運行時頻率、電壓下降，并列運行時出力顯著降低，有時水沖擊還會導(dǎo)致葉片的折斷和軸向推力的增加，甚至使推力軸承的軸瓦鎢金熔化，造成通流部分的嚴(yán)重磨損和碰撞引起水沖擊的原因一般多是由于鍋爐運行不正常。比如：鍋爐汽包滿水，所并鍋爐汽溫過低，人工調(diào)整減溫器時操作不當(dāng)?shù)犬?dāng)汽輪機(jī)進(jìn)水時，必須立即故障停機(jī)，迅速破壞真空，并把新蒸汽管道和汽輪機(jī)本體的全部疏水門打開，同時檢查推力軸承鎢金溫度和回油溫度，正確記錄惰走時間和惰走時真空的變化情況；惰走時仔細(xì)傾聽汽輪機(jī)內(nèi)部聲響，測量軸向位移數(shù)值。

汽輪發(fā)電機(jī)組處于正常運行狀態(tài)，沒有發(fā)生故障的情況下，則可繼續(xù)運行，如果設(shè)備在最初啟動時內(nèi)部有碰撞聲或摩擦聲，需要暫停設(shè)備啟動，對設(shè)備故障進(jìn)行排查與維修。

4 汽輪發(fā)電機(jī)組振動防止措施

4.1 建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)70MW汽輪發(fā)電機(jī)組振動診斷系統(tǒng)

若要從根本上解決70MW汽輪發(fā)電機(jī)組在運行過程中出現(xiàn)的振動故障，工作人員設(shè)計了一個汽輪發(fā)電機(jī)組振動故障診斷系統(tǒng)，更利于快速檢測設(shè)備故障。該系統(tǒng)應(yīng)用了計算機(jī)處理技術(shù)，通過數(shù)學(xué)建模，處理汽輪發(fā)電機(jī)組運行流程。經(jīng)過深入研究后，預(yù)防設(shè)備故障可在70MW汽輪發(fā)電機(jī)組頭、機(jī)械箱、易出現(xiàn)振動故障位置加裝吸納紅采集裝置，將收集到的振動信息儲存在固定文件內(nèi)，應(yīng)用信號降噪方式提取小波能量。將提取到的故障特征向量進(jìn)行系統(tǒng)診斷，判定70MW汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障的內(nèi)因，更利于工作人員對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。

4.2 防止油膜失穩(wěn)

在對70MW汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行設(shè)計時需重點關(guān)注系統(tǒng)阻尼、軸系穩(wěn)定性能，做好汽輪發(fā)電機(jī)組質(zhì)量控制，避免油膜失穩(wěn)狀況發(fā)生，影響汽輪發(fā)電機(jī)組正常運行。日常70MW汽輪發(fā)電機(jī)組軸承維護(hù)工作可以有效防止油膜失穩(wěn)問題。同時，還應(yīng)在提高油溫的基礎(chǔ)上增大承載系數(shù)，降低潤滑油粘度。但此種防止措施會降低油膜厚度，使70MW汽輪發(fā)電機(jī)組處于高溫工作狀態(tài)，從而導(dǎo)致油質(zhì)老化問題，期間設(shè)計人員應(yīng)充分注意。

4.3 氣流震蕩防止

與其他設(shè)備運行過程中所出現(xiàn)的問題相比，汽輪發(fā)電機(jī)組振動頻率大。為了防止汽輪機(jī)氣流震蕩，工作人員可采用反旋渦技術(shù)對流體軸向進(jìn)行干擾，提升流體失穩(wěn)界限轉(zhuǎn)動速度。另外，也可采用增強(qiáng)軸承軸徑偏心率，防止氣流震蕩。還有一種方案是工作人員通過更改軸承幾何形狀，汽輪機(jī)的軸向旋流會被打亂，氣流震蕩率強(qiáng)度變?nèi)?，確保轉(zhuǎn)子平穩(wěn)運行。嚴(yán)格按規(guī)程要求進(jìn)行調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)的定期試驗并做好完整的試驗記錄，運行中任一汽輪機(jī)超速保護(hù)故障不能消除時應(yīng)停機(jī)消除。

5 汽輪機(jī)運行中的維護(hù)與條件

運行維護(hù)：

（1）每小時抄表一次，在檢查或抄表時發(fā)現(xiàn)表計指示不正確，應(yīng)立即查明原因，采取對策，予以消除，并做好記錄。

（2）經(jīng)常對汽輪發(fā)電機(jī)及輔助設(shè)備進(jìn)行聽音檢查，特別在工況變化后振動異常及交接班時應(yīng)加強(qiáng)聽音檢查。

（3）汽輪機(jī)在運行中應(yīng)定期（每月一次）取樣化驗油質(zhì)，根據(jù)油質(zhì)情況進(jìn)行濾油和脫水。

（4）根據(jù)潤滑油壓降低及壓差報警現(xiàn)象，判斷濾油器濾芯清潔程度。發(fā)現(xiàn)濾油器堵塞時，應(yīng)切換備用濾油器，并更換濾芯。潤滑油壓低保護(hù)必須正確投入，潤滑油壓低時應(yīng)能正確、可靠地聯(lián)動交流、直流潤滑油泵。為確保防止在油泵聯(lián)動過程中瞬間斷油的可能，要求當(dāng)潤滑油壓降至聯(lián)動交流油泵動作值時報警，聯(lián)動交流潤滑油泵，降至聯(lián)動直流油泵動作值時聯(lián)動直流潤滑油泵，降至停機(jī)動作值低油壓保護(hù)動作停機(jī)，投盤車，降至停盤車值時停盤車。

（5）發(fā)現(xiàn)冷油器的濾水器出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，應(yīng)隨時清洗。

（6）冬天，當(dāng)機(jī)房內(nèi)溫度降到0℃以下時，停用設(shè)備（如：凝汽器、冷油器、空氣冷卻器、濾水器、加熱器等）應(yīng)采取防凍措施。

（7）在純凝狀況下機(jī)組絕對不允許超過額定功率，超過額定功率時應(yīng)立即降低。

6 結(jié)語

以25MW汽輪發(fā)電機(jī)組為例，結(jié)合以往運行操作經(jīng)驗，對汽輪發(fā)電機(jī)組易發(fā)生的故障和處理方法進(jìn)行總結(jié)整理，希望能對汽輪發(fā)電機(jī)組日常操作、點檢維護(hù)有所幫助。