摘 要：本文主要以XX公司生產(chǎn)的600MW汽輪發(fā)電機(jī)7瓦振動(dòng)的原因和診斷方法進(jìn)行了介紹和分析，結(jié)合實(shí)際的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，就大型汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子端部固定松動(dòng)引起振動(dòng)在的問題進(jìn)行了研究和探討。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)、振動(dòng)、試驗(yàn)、分析

中圖分類號：TM621文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號：1003-9082（2019）04-0-02

引言

xx公司4號機(jī)組于2004年9月14日投產(chǎn)，投產(chǎn)以來一直存在七瓦振動(dòng)隨無功負(fù)荷增大而大幅增長的重大隱患，對機(jī)組的安全運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。針對4號發(fā)電機(jī)七瓦振動(dòng)超標(biāo)缺陷，為進(jìn)一步查清振動(dòng)根源，消除設(shè)備隱患，通過做運(yùn)行工況變化時(shí)的幾種特性試驗(yàn)，確定振動(dòng)原因及處理方案，公司與xx電力科學(xué)院和發(fā)電機(jī)廠家專家共同對發(fā)電機(jī)七瓦振動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行試驗(yàn)，通過綜合分析，確定了振動(dòng)原因，提出處理意見。

一、發(fā)電機(jī)七瓦振動(dòng)類別的判定

1.振動(dòng)分類

按在外力產(chǎn)生振動(dòng)的穩(wěn)定性可分為普通穩(wěn)定強(qiáng)迫振動(dòng)和普通不穩(wěn)定強(qiáng)迫振動(dòng)。

第一，普通穩(wěn)定強(qiáng)迫振動(dòng)是振幅與機(jī)組的運(yùn)行工況、運(yùn)行時(shí)間無明顯關(guān)系。產(chǎn)生原因是排除軸承座連接剛度、共振因素外，是由激振力過大引起的。

第二，普通不穩(wěn)定強(qiáng)迫振動(dòng)是振幅和相位與機(jī)組的運(yùn)行工況、運(yùn)行時(shí)間有明顯關(guān)系。產(chǎn)生原因是排除軸承座連接剛度、共振不穩(wěn)定因素外，原因是由激振力變化引起的。

由此判定：4號發(fā)電機(jī)軸振動(dòng)是隨運(yùn)行工況引起的振動(dòng)故為普通不穩(wěn)定強(qiáng)迫振動(dòng)。

第三，普通不穩(wěn)定強(qiáng)迫振動(dòng)激振力的原因：

其一，軸系連接同心度和平直度偏差。隨運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行工況變化，軸系連接同心度和平直度的故障原因是由于聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸配合緊力不足所致。

其二，不對稱電磁力。發(fā)電機(jī)線圈發(fā)生故障時(shí)，產(chǎn)生不對稱電磁力。特點(diǎn)是振動(dòng)隨勵(lì)磁電流增大而增大，而且無時(shí)滯性。

其三，轉(zhuǎn)子不平衡力。由于轉(zhuǎn)子部件發(fā)生徑向，周向位移、轉(zhuǎn)軸裂紋、彎曲等原因，轉(zhuǎn)子平衡狀況隨運(yùn)行時(shí)間、運(yùn)行工況變換化而變化這是不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)的主要激振力。診斷的要點(diǎn)是基頻振幅或相位隨時(shí)間機(jī)組工況而變化。故障原因是轉(zhuǎn)子不平衡狀態(tài)的變化。

轉(zhuǎn)子不穩(wěn)定不平衡可分為以下幾種：①隨機(jī)變化的不穩(wěn)定不平衡;②隨時(shí)間變化的不穩(wěn)定不平衡;③隨機(jī)組運(yùn)行工況變化的不穩(wěn)定不平衡。分類為：①轉(zhuǎn)軸扭矩改變而引起的不平衡;②勵(lì)磁電流增大后產(chǎn)生的熱不平衡;③機(jī)組有功負(fù)荷增大后產(chǎn)生的熱不平衡。

由此判定：4號發(fā)電機(jī)軸振動(dòng)是隨機(jī)組運(yùn)行工況變化的不穩(wěn)定不平衡中的勵(lì)磁電流增大后產(chǎn)生的熱不平衡。

二、發(fā)電機(jī)七瓦振動(dòng)的原理及其分析

4號發(fā)電機(jī)七瓦振動(dòng)，是在增大勵(lì)磁電流的工況下，產(chǎn)生的滯后振動(dòng)增大。如下圖，呈階梯狀。

曲線上1、2兩點(diǎn)間距離，表示在相同勵(lì)磁電流下，七瓦的振動(dòng)隨時(shí)間增長而增大的數(shù)值，從圖中可以看出，由于勵(lì)磁電流增大使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生局部的熱不平衡，從而造成轉(zhuǎn)子激振力增大所致。轉(zhuǎn)子受熱后的振動(dòng)變化量稱為振動(dòng)熱變量。

第一，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱不平衡的原因，總的來說由于轉(zhuǎn)子上某些零件產(chǎn)生不對稱熱變形和轉(zhuǎn)子熱彎曲。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生不對稱熱變形零件主要指端部零件，在徑向發(fā)生不對稱位移。破壞了轉(zhuǎn)子的質(zhì)量平衡。解決辦法是發(fā)電機(jī)解體檢查，固定端部零件。

第二，發(fā)電機(jī)熱彎曲的幾種原因分析：①轉(zhuǎn)軸上內(nèi)應(yīng)力大。屬制造遺留下的缺陷或發(fā)電機(jī)被燒，嚴(yán)重動(dòng)靜摩擦和直軸后退火不徹底時(shí)遺留的缺陷;②轉(zhuǎn)軸上材質(zhì)不均。轉(zhuǎn)軸在澆鑄、鍛造和熱處理過程中形成直徑方向上纖維組織不均，造成膨脹系數(shù)存在差別;③轉(zhuǎn)軸存在徑向不對稱溫差，產(chǎn)生彎曲。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子隨勵(lì)磁電流增大可導(dǎo)致轉(zhuǎn)子徑向不對稱溫差的原因有幾條。

第三，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子受熱不均。幾種原因分析：①轉(zhuǎn)子線圈局部短路或匝間短路。由于轉(zhuǎn)子勵(lì)磁線圈短路或匝間短路，造成轉(zhuǎn)子線圈的電阻不平衡，當(dāng)線圈通上同樣勵(lì)磁電流后，轉(zhuǎn)子局部產(chǎn)生的熱量不同。故在轉(zhuǎn)子直徑方向形成溫差。造成轉(zhuǎn)子熱膨脹不均，產(chǎn)生熱不平衡;②轉(zhuǎn)子線圈和線槽之間熱阻存在差別：當(dāng)轉(zhuǎn)子通上勵(lì)磁電流，線圈溫度首先升高，然后線圈和線槽之間發(fā)生直接傳導(dǎo)。由于其傳熱熱阻在直徑方向存在差別，熱阻小的一側(cè)轉(zhuǎn)子溫度高于熱阻大的一側(cè)，由此造成直徑方向不對稱溫差。這種熱阻是在高速下形成的;③轉(zhuǎn)子冷卻不均勻。轉(zhuǎn)子通風(fēng)孔堵塞（制造和運(yùn)行時(shí)都會(huì)發(fā)生）或水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在導(dǎo)線內(nèi)水流不對稱?？梢允罐D(zhuǎn)子在直徑方向冷卻發(fā)生差別而形成不對稱溫差。這種不對稱溫差除隨轉(zhuǎn)子溫度升高而加大外，會(huì)隨發(fā)電機(jī)進(jìn)口風(fēng)溫或水量而變化。對于氫冷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，當(dāng)其通風(fēng)孔堵塞時(shí)軸承振動(dòng)隨氫壓的升高而降低;④轉(zhuǎn)軸軸向傳熱、直徑方向的熱阻不均勻;⑤轉(zhuǎn)軸上套裝零部件失去緊力。由于套裝零部件失去緊力，在不平衡力作用下，套裝零件一側(cè)緊貼表面，另一側(cè)稍離軸表明，形成徑向傳熱熱阻不對稱而使轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生徑向不對稱溫差。

第四，綜合分析方法：綜合以上諸種因素后，要確定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子熱彎曲的具體原因，先進(jìn)性正向推理，逐個(gè)排除，將熱彎曲的原因縮小到較小的范圍內(nèi)，然后再反向推理，對還不能排除的一些因素，結(jié)合轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、機(jī)組運(yùn)行和振動(dòng)歷史、振動(dòng)特征，必須仔細(xì)求證，必要時(shí)解體檢查懷疑的缺陷。

三、發(fā)電機(jī)七瓦振動(dòng)原因試驗(yàn)驗(yàn)證方法及狀態(tài)分析評價(jià)

1.試驗(yàn)方法：根據(jù)試驗(yàn)要求將分為以下幾種狀態(tài)進(jìn)行分項(xiàng)試驗(yàn)

第一，氫溫變化，保持有功、無功不變，，有功600MW，無功120MVar，汽輪機(jī)組六瓦、七瓦、八瓦瓦溫及軸振變化規(guī)律，每一個(gè)溫度測點(diǎn)，穩(wěn)定1小時(shí)后測量。

第二，有功變化，保持氫溫、無功不變，氫溫調(diào)平穩(wěn)，無功120MVar，汽輪機(jī)組六瓦、七瓦、八瓦瓦溫及軸振變化規(guī)律，每一個(gè)有功范圍，穩(wěn)定20分鐘后測量。

第三，有功變化，保持氫溫、勵(lì)磁電流不變，氫溫調(diào)平穩(wěn)，勵(lì)磁電流在3200A，汽輪機(jī)組六瓦、七瓦、八瓦瓦溫及軸振變化規(guī)律，每一個(gè)有功范圍，穩(wěn)定20分鐘后測量。

第四，無功變化，保持氫溫、有功不變，氫溫調(diào)平穩(wěn)，有功600MW，汽輪機(jī)組六瓦、七瓦、八瓦瓦溫及軸振變化規(guī)律，每一個(gè)無功范圍，穩(wěn)定20分鐘后測量。

2.試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.狀態(tài)分析評價(jià)

從2005年2月的作無功試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及3月24日、25日的試驗(yàn)數(shù)據(jù)中存在以下特征;

第一，當(dāng)試驗(yàn)增加氫氣溫度時(shí)，7Y振動(dòng)增加，但幅值不大，但從振動(dòng)規(guī)律表現(xiàn)上看，轉(zhuǎn)子通風(fēng)冷卻不均衡的特征不明顯。

第二，2005年2月22日以及3月24日均進(jìn)行了變無功的試驗(yàn)，而且均是當(dāng)無功到240Mar時(shí)，7Y振動(dòng)超過125um報(bào)警的上限值而停止試驗(yàn)，因此無功繼續(xù)增加對振動(dòng)影響到何種程度，此次試驗(yàn)未能進(jìn)行。影響7瓦Y向振動(dòng)最為直接的因素就是機(jī)組的無功，當(dāng)無功增加時(shí)，振動(dòng)表現(xiàn)為有時(shí)滯的增加，在無功降低時(shí)，振動(dòng)不明顯。

第三，在3月22日機(jī)組跳機(jī)降速過程中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子了較明顯的不平衡，而當(dāng)8小時(shí)后機(jī)組啟動(dòng)過程發(fā)電機(jī)臨機(jī)時(shí)，振動(dòng)不明顯。

第四，在無功試驗(yàn)中，通過數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)影響轉(zhuǎn)子振動(dòng)的時(shí)階不平衡量的改變。

第五，3月24日機(jī)組降負(fù)荷時(shí)，振動(dòng)下降，表現(xiàn)為與有功和無功的改變有密切關(guān)系。

第六，3月25日進(jìn)行機(jī)組有功試驗(yàn)時(shí)，振動(dòng)保持穩(wěn)定。

從試驗(yàn)現(xiàn)象來看，影響7瓦Y向振動(dòng)最為直接的因素是機(jī)組無功，這直接反映出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的熱態(tài)不平衡的存在。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的熱彎曲引起的不平衡是一種常見現(xiàn)象。

4.消除發(fā)電機(jī)七瓦振動(dòng)的對策和方案

第一，消除發(fā)電機(jī)七瓦振動(dòng)的對策：①盡可能減少發(fā)電機(jī)所帶無功;②盡早進(jìn)行發(fā)電機(jī)檢修，徹底檢查。消除振動(dòng)源。

第二，消除發(fā)電機(jī)七瓦振動(dòng)的方案：①解體后發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)端護(hù)環(huán)下的絕緣墊塊脫落，發(fā)電機(jī)抽轉(zhuǎn)子解體抜護(hù)環(huán)檢查;②更換發(fā)電機(jī)汽、勵(lì)兩側(cè)護(hù)環(huán)內(nèi)絕緣瓦，并做好壓緊絕緣墊塊措施。

五、結(jié)束語

通過對4號發(fā)電機(jī)七瓦軸振動(dòng)分析和試驗(yàn)，最終診斷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子存在熱不平衡的重大缺陷，及時(shí)停機(jī)消缺，消除發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子端部松動(dòng)的重大隱患，避免了設(shè)備事故。

作者簡介：張盛（1972-），男，工程師，畢業(yè)于華北電力大學(xué)，現(xiàn)任內(nèi)蒙古大唐國際托克托發(fā)電公司檢修部電氣隊(duì)隊(duì)長。