王延博，朱旭升，張澤雄（. 西安熱工研究院有限公司，西安 7003）（. 華能國際電力股份有限公司海門電廠，廣東 汕頭 5500）

華能海門電廠1號1032MW發(fā)電機(jī)振動故障診斷及處理

王延博1，朱旭升2，張澤雄2
（1. 西安熱工研究院有限公司，西安 710032）（2. 華能國際電力股份有限公司海門電廠，廣東 汕頭 515100）

小修調(diào)整對輪中心后發(fā)電機(jī)組振幅隨著有功負(fù)荷的提升而增大，處于嚴(yán)重超標(biāo)水平。通過對現(xiàn)場迚行的變勵磁電流、冷卻風(fēng)溫、負(fù)荷試驗(yàn)以及外特性試驗(yàn)結(jié)果迚行診斷，排除了找中誘發(fā)振動故障的可能性，判斷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子存在熱不平衡故障。采取對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)施現(xiàn)場熱平衡的方法，將定速、負(fù)荷工況下發(fā)電機(jī)振動控制在優(yōu)良水平范圍以內(nèi)。

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子；振動；熱敏性；熱平衡

0 引言

由于1號汽輪發(fā)電機(jī)（型號為QFSN-1000-2-27）存在轉(zhuǎn)子相對軸振幅值持續(xù)惡化且達(dá)到報(bào)警值的問題，電廠利用小修停機(jī)機(jī)會對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與低壓轉(zhuǎn)子對輪中心迚行了精細(xì)調(diào)整；開機(jī)后發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組振幅隨著負(fù)荷的提升而增大，其中轉(zhuǎn)子相對軸振幅值最高達(dá)到196μm、軸承座振幅最高達(dá)到76μm，嚴(yán)重超標(biāo)。

通過對現(xiàn)場迚行的變勵磁電流、冷卻風(fēng)溫、變負(fù)荷以及外特性試驗(yàn)結(jié)果迚行診斷，排除了對輪中心調(diào)整誘發(fā)振動故障的可能性，確認(rèn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動存在熱敏性，判斷振動故障原因?yàn)閮?nèi)摩擦。

結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況以及消振工期，最終采取對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)施現(xiàn)場熱平衡的方法，將定速、負(fù)荷工況下發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動控制在優(yōu)良水平范圍以內(nèi)。

1 振動歷史簡介

在168h試運(yùn)期間，1號機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動處于優(yōu)良水平；自投入商業(yè)運(yùn)行以來，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相對軸振幅值偏大、與負(fù)荷具有一定的相關(guān)性、且存在持續(xù)惡化趨勢的問題，如圖1和表1所示。

表1 發(fā)電機(jī)振動歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

鑒于此，華能海門電廠利用小修停機(jī)機(jī)會對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與低壓轉(zhuǎn)子對輪中心迚行了精細(xì)調(diào)整，以期改善發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動與軸承座振動水平。

在小修后的開機(jī)幵網(wǎng)、帶負(fù)荷過程中，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組振動幅值隨著有功負(fù)荷的提升而明顯增大，轉(zhuǎn)子相對軸振幅值最高達(dá)到196μm、軸承座振幅最高達(dá)到76μm，見表2，處于嚴(yán)重超標(biāo)水平。

圖1 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動—負(fù)荷關(guān)系趨勢曲線

表2 最近兩次起停機(jī)發(fā)電機(jī)振動數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) μm

2 檢修找中與振動故障的相關(guān)性分析

2.1 對輪中心問題

本次小修后啟動低轉(zhuǎn)速300r/min、初定速3000r/min工況與上次啟動同一工況相比，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相對軸振幅值有所減小，說明小修調(diào)整中心（晃度、瓢偏）還是有一定的效果。

2.2 對輪螺栓緊力問題

由于幵網(wǎng)以后、在帶低負(fù)荷階段期間，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相對軸振幅值即隨著負(fù)荷的提升而持續(xù)爬升，幵不是在大負(fù)荷階段、某一工況下才出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象，據(jù)此可以排除低壓轉(zhuǎn)子—發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子對輪螺栓緊力不足故障。

2.3 定子載荷分配問題

在大負(fù)荷穩(wěn)定工況下，發(fā)電機(jī)軸承座振幅達(dá)到76μm，發(fā)電機(jī)定子底座振動在15μm左右，說明定子載荷分配正常，可以排除發(fā)電機(jī)定子與臺板之間的連接剛度不足問題。

2.4 結(jié)論

發(fā)電機(jī)組振動故障與小修期間迚行的對輪中心調(diào)整工作之間沒有必然關(guān)系。

3 振動試驗(yàn)及診斷

3.1 初步試驗(yàn)診斷

根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動與負(fù)荷的關(guān)聯(lián)性，初步判斷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動存在熱敏性，即發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子存在熱不平衡故障；引起該類故障現(xiàn)象的原因有：匝間短路、不對稱冷卻、內(nèi)摩擦。

隨即對1號發(fā)電機(jī)分別迚行了降負(fù)荷試驗(yàn)、變轉(zhuǎn)子勵磁電流試驗(yàn)及變冷風(fēng)溫度試驗(yàn)，在整個試驗(yàn)過程中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動沒有發(fā)生明顯的變化。

值得注意的是，由于在本次振動試驗(yàn)之前發(fā)電機(jī)組已經(jīng)帶了幾天的大負(fù)荷、處于完全熱態(tài)，在這種情況下的振動試驗(yàn)往往不能反映真實(shí)的結(jié)果。

3.2 可逆性因素分析

鑒于上述情況，決定采用滑停方式停機(jī)，一方面觀察振動的變化情況，另一方面為停機(jī)消振工作做準(zhǔn)備。

在從滿負(fù)荷工況持續(xù)減負(fù)荷的整個過程中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動幅值持續(xù)降低；在解列后空轉(zhuǎn)工況下，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動幅值幵沒有恢復(fù)到小修后初定速工況下的振動水平。

圖2 幵網(wǎng)—帶負(fù)荷—減負(fù)荷—解列過程發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動趨勢曲線

由于該發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動存在逐步惡化以及恢復(fù)參數(shù)、振動不能完全恢復(fù)的現(xiàn)象，初步判斷可能存在內(nèi)摩擦故障（線棒、絕緣層、滑動層、槽楔之間的相對熱膨脹受阻）。

3.3 機(jī)理解釋

發(fā)電機(jī)的磁場是由轉(zhuǎn)子繞組的勵磁電流建立的，勵磁電流通過繞組幵使線圈被加熱，線圈受熱后向兩端膨脹。在旋轉(zhuǎn)過程中線槽中的銅線承受巨大離心力，使線圈緊貼在槽楔和護(hù)環(huán)的內(nèi)壁（線圈和槽楔之間有一層楔下墊條），從而使結(jié)合面存在著很大的摩擦力，阻礙線圈膨脹。如果有些線槽中的線圈膨脹受阻，將產(chǎn)生一個反作用力，通過槽楔和護(hù)環(huán)作用在轉(zhuǎn)子上，使轉(zhuǎn)子發(fā)生彈性彎曲，從而誘發(fā)轉(zhuǎn)子的平衡狀況惡化，表現(xiàn)為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動振幅的大幅度爬升。

4 熱平衡

結(jié)合電廠生產(chǎn)實(shí)際情況，切實(shí)可行的方法是對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)施熱平衡，以期改善大負(fù)荷工況下發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動水平，從而保證設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

由于消振項(xiàng)目的工期受限于電網(wǎng)調(diào)度、為了確保熱平衡一次成功，經(jīng)與電廠及檢修單位協(xié)商，選定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子風(fēng)扇環(huán)為第一加重面。

在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子風(fēng)扇環(huán)上的燕尾槽內(nèi)加重1000g∠18°、在低壓轉(zhuǎn)子—發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子對輪加重600g∠200°、在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子后端集電環(huán)刷架燕尾槽內(nèi)加重400g∠18°。

開機(jī)后定速空載、負(fù)荷工況下發(fā)電機(jī)振動均在優(yōu)良水平范圍以內(nèi)，現(xiàn)場熱平衡取得一次成功。

表3 熱平衡前后發(fā)電機(jī)振動數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) μm

5 討論

值得注意的是，在對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子熱平衡以后的幵網(wǎng)、帶負(fù)荷整個過程中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的振動熱變量與熱平衡前的振動熱變量相比，幅值大大減小，見表4。對此現(xiàn)象可做如下解釋：對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)施熱平衡以后，改變了定速空載工況下發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的基頻振動的幅值和相位（動撓度），從而影響到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部線棒、絕緣層、滑動層、槽楔之間的相互接觸狀態(tài)，表現(xiàn)為帶負(fù)荷過程中由熱膨脹引起的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)摩擦故障效應(yīng)減弱所致。

表4 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動熱變量對比（基頻，μm∠°）

6 結(jié)論

（1）誘發(fā)1號發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動故障的原因?yàn)閮?nèi)摩擦效應(yīng)，與小修期間迚行的對輪中心調(diào)整無關(guān)。

（2）采用現(xiàn)場熱平衡的方法，成功地將定速空載、負(fù)荷工況下發(fā)電機(jī)組振動控制在優(yōu)良水平范圍以內(nèi)。

（3）建議利用大修機(jī)會，將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子返廠、解體、檢查故障的根本原因；幵嚴(yán)格按照工藝要求，重新組裝發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，在平衡臺上對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)施精細(xì)的動平衡及熱平衡。

[1] 寇勝利. 汽輪發(fā)電機(jī)組的振動及現(xiàn)場平衡[M]. 中國電力出版社, 2007, 08.

[2] 寇勝利. 汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的熱不平衡振動[J]. 大電機(jī)技術(shù), 1998(4), 61-63.

王延博（1972-），振動理論及應(yīng)用專業(yè)碩士，西安熱工研究院有限公司振動技術(shù)研究所所長，長期從事汽輪發(fā)電機(jī)組軸系振動故障診斷處理工作以及轉(zhuǎn)子動力學(xué)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)研究，研究員。

審稿人：呂桂萍

Vibration Malfunction Diagnosis & Treatment for One 1032 MW Turbine-generator Unit

WANG Yanbo1, ZHU Xusheng2, ZHANG Zexiong2
(1. Thermal Power Research Institute, Xi’an 710032, China; 2. HUANENG Power Intl Inc. Hai-men Power plant, Shantou 515100, China)

Vibration amplitude in turbine generator rotor under load condition exceeded alarm level after coupling re-alignment. Excited current, cooling hydrogen temperature, electric load and bearing cap outside characteristics tests had been achieved in field. Test results revealed that the root cause of vibration malfunction is the thermal sensitivity in turbine-generator. Vibration amplitude in turbine generator rotor had been successfully reduced to satisfied level by compromise balance method.

turbine generator rotor; vibration; thermal sensitivity; compromise balance

TK263.1

A

1000-3983(2015)06-0032-03

2014-08-17