600 MW發(fā)電機(jī)端部振動偏高的處理

李春和，曾祥卓

（廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東 珠海 519050）

600 MW發(fā)電機(jī)端部振動偏高的處理

李春和1，曾祥卓2

（廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東 珠海 519050）

某廠4號發(fā)電機(jī)端部振動偏高，曾因振動嚴(yán)重造成水電接頭松動脫落，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動作停機(jī)。為保證設(shè)備能夠安全穩(wěn)定運行，通過合理改變運行參數(shù)及采取在發(fā)電機(jī)上部壓沙袋的方法，成功降低了端部振動，介紹了調(diào)整的經(jīng)過和實際效果。

發(fā)電機(jī)；端部振動；降低；調(diào)整

0 引言

發(fā)電機(jī)定子繞組損壞是嚴(yán)重威脅電網(wǎng)安全運行的重大設(shè)備故障，因修復(fù)難度大和搶修時間長，往往給發(fā)電企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和惡劣的社會影響［1］。在 《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點要求》中特別介紹了防止發(fā)電機(jī)定子繞組端部損壞事故的具體措施［2］。本文以現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過長期實踐跟蹤，找出了QFSN-600-2水氫氫型發(fā)電機(jī)定子繞組端部振動偏高的處理方法。

表1 4號發(fā)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)表Tab.1 Technical information of No.4 generator

2010年1月14日，4號發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生單相接地故障跳閘，分析原因為引線固定質(zhì)量不良，同時定子線圈端部采用剛性連接，導(dǎo)致定子引線固定處嚴(yán)重振動，第39槽上層線棒勵側(cè)水電接頭金屬疲勞導(dǎo)致漏水燒損，并對匯水管接地，造成發(fā)動機(jī)接地保護(hù)動作。隨后對4號發(fā)電機(jī)定子重新繞線復(fù)裝，安裝了發(fā)電機(jī)端部振動監(jiān)測系統(tǒng)，振動測點布置如圖1所示。其中測點9為切向，其余測點均為徑向，并將振動數(shù)據(jù)引入DAS畫面，如圖2所示。當(dāng)振動值≤250μm時，可無限制地長期運行；振動值＞250μm≤400μm時，發(fā)報警信號，可繼續(xù)運行，但應(yīng)找出具體原因；

1 設(shè)備概況

某廠4號發(fā)電機(jī)為上海電氣電站設(shè)備有限公司上海發(fā)電機(jī)廠2006年生產(chǎn)的QFSN-600-2水氫氫型汽輪發(fā)電機(jī)，技術(shù)數(shù)據(jù)見表1。2007年2月10日通過168 h試運后正式投運。同年11月進(jìn)行投產(chǎn)后的第一次檢查性大修時，發(fā)現(xiàn)1根汽端氣隙擋板固定螺栓脫落，1根勵端氣隙擋板緊固螺栓斷裂，3根端部引線固定板緊固螺栓松動及部分定子槽楔松動，廠家技術(shù)人員處理并修復(fù)了以上缺陷。振動值＞400μm時發(fā)停機(jī)信號，此時不宜繼續(xù)運行，應(yīng)盡快停機(jī)處理或采取措施降振動。振動值的變化大于100μm，這種變化可能表明已產(chǎn)生損壞，或故障即將來臨，或其他異常。實際運行務(wù)必控制振動小于250μm報警值，否側(cè)振動呈非線性突升增加控制振動難度，持續(xù)高振動將被迫停機(jī)檢查。

2 端部振動調(diào)整措施

端部振動監(jiān)測系統(tǒng)投運后，端部振動最高點為勵端16槽下層引線徑向振動 （L2），L2點振動與發(fā)電機(jī)有功功率關(guān)系曲線如圖3所示。振動短時最高值為263μm，出現(xiàn)在500 MW時，穩(wěn)定后253μm左右，其余振動值隨發(fā)電機(jī)有功變化而變化，各典型有功功率的最大振動值如表2所示。在檢測4號發(fā)電機(jī)端部固有模態(tài)試驗時，發(fā)現(xiàn)A相套管出線位置存在96.0 Hz的固有頻率。

圖3 L2點振動與發(fā)電機(jī)有功功率關(guān)系曲線Fig.3 Relation curve between L2 point vibration and generator active power

表2 典型有功功率的最大振動值Tab.2 Typical maximum vibration in different active power

針對500 MW時勵端16槽下層引線徑向振動高報警的問題，經(jīng)過實踐總結(jié)，合理改變發(fā)電機(jī)運行系統(tǒng)參數(shù)，特別是提高發(fā)電機(jī)整體溫度和調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)汽機(jī)端和勵端冷氫溫度差值，兩方面能明顯降低端部振動值。主要通過以下幾個方面實現(xiàn)：

（1）提高發(fā)電機(jī)的整體溫度可以改變發(fā)電機(jī)端部的固有頻率，從而避開共振區(qū)域，這主要是通過提高定子冷卻水溫度，從而提高定子線棒的溫度［3］，增加發(fā)電機(jī)饒性振動，同時由于電機(jī)整體溫升變化，改變電機(jī)振動中心，相應(yīng)改變發(fā)電機(jī)定子固有頻率。將發(fā)電機(jī)定子冷卻水進(jìn)口溫度由額定的45～50℃提高至53℃，考慮發(fā)電機(jī)溫升不宜過高，控制發(fā)電機(jī)定子冷卻水出口溫度不超過68℃為宜，相應(yīng)提高冷氫溫度、密封油溫，改善發(fā)動機(jī)的剛性振動。

（2）發(fā)電機(jī)冷氫溫度調(diào)整為最高值46℃，通過改變兩端冷卻水量的多少等措施，控制勵磁端冷氫溫度比汽機(jī)端冷氫溫度低3～6℃，即要求汽機(jī)端冷氫溫度要保持比勵磁端高，長時間運行實踐證明：如果汽機(jī)端冷氫溫度比勵磁端低，則會導(dǎo)致振動急劇上升，如圖4所示。可能由于發(fā)電機(jī)本體、基座平衡也存在部分偏差干擾端部振動，通過偏差控制，相應(yīng)調(diào)整發(fā)電機(jī)本體中心平衡度，改善其電磁振動。圖中曲線Ⅰ為汽機(jī)端冷氫溫度，曲線Ⅱ為勵磁端冷氫溫度，曲線Ⅲ為勵端16槽下層引線徑向振動 （L2），為驗證勵端與汽端冷氫溫差對振動影響，嘗試使其溫差調(diào)整反過來，即勵磁端冷氫溫度比汽機(jī)端冷氫溫度高4～5℃，機(jī)組負(fù)荷降至300 MW時，振動值由190μm突升至303μm，馬上調(diào)整其兩側(cè)溫差，調(diào)整機(jī)組負(fù)荷，振動穩(wěn)定在200μm以下，DCS畫面增加勵端與汽端溫差報警，及時控制溫差變化。

（3）發(fā)電機(jī)無功過大也會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)端部振動增大。正常運行中，控制無功最大出力不超過160 MVar，盡量控制其進(jìn)相運行，減少端部溫升。

圖4 振動隨汽機(jī)端與勵端冷氫溫度差值變化關(guān)系Fig.4 Relation curve between vibration and cooler hydrogen temperature margin in turbine end and excitation end

從2011年11月15日開始，即使在發(fā)電機(jī)有功功率穩(wěn)定時，發(fā)電機(jī)端部振動監(jiān)測系統(tǒng)顯示勵端16槽下層引線徑向振動 （L2）測量值波動很大，如550 MW時通常長時間在190～254μm之間頻繁變化，經(jīng)專家對該點進(jìn)行了測試，并與發(fā)電機(jī)端部振動監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)實數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比分析。勵端16槽下層引線徑向振動存在4～6 Hz低頻成分，幅值在1～3.5 mm／s，該測點出現(xiàn)的振動通頻幅值波動主要是由于低頻成分的存在，低頻成分積分成位移值時被放大，使通頻幅值出現(xiàn)大幅度波動。

端部振動監(jiān)測系統(tǒng)所采用的FOA-100光纖加速度傳感器，其頻響范圍為50～350 Hz±5%，頻率在30 Hz時靈敏度衰減10%，可判斷該型號傳感器對4～6 Hz頻率響應(yīng)靈敏度很低，經(jīng)廠家12月8日更換裝硬件濾波卡件，并將端部線棒振動30 Hz以下低頻成分全部濾去，現(xiàn)端部振動各點均測量穩(wěn)定，未出現(xiàn)大幅波動現(xiàn)象，但對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，定子相位開始變大，達(dá)20°。而且勵端16槽下層引線徑向振動 （L2）也開始出現(xiàn)逐步爬升的現(xiàn)象。

此后，在低負(fù)荷時 （≤350 MW），勵端16槽下層引線徑向振動 （L2）上升較快，比500 MW時振動更加明顯，長時間偏高不下，特別是在300 MW時，由于有功功率低，發(fā)電機(jī)整體溫度下降，勵磁端16槽下層引線徑向振動 （L2）長時間持續(xù)278μm高報警，同時8號軸承瓦振也偏高，通過對測點進(jìn)行測試表明：勵磁端所有測點變化趨勢高度一致，轉(zhuǎn)頻分量都大于二倍頻分量，而二倍頻分量與發(fā)電機(jī)電流有關(guān)，分析發(fā)電機(jī)存在50 Hz的整體振動，可能與發(fā)電機(jī)內(nèi)部氣隙、固定結(jié)構(gòu)、電磁共振有關(guān)，同時在4號發(fā)電機(jī)位置明顯地面振動在比臨機(jī)大，4號發(fā)電機(jī)機(jī)座、地面基礎(chǔ)、相連管道振動可能存在不平衡。因此，雖通過采取上述三項措施能降低一定數(shù)值，但振動值仍超過250μm。為此，將定子冷卻水進(jìn)口溫度由53℃提高至58℃，進(jìn)一步提高發(fā)電機(jī)整體溫度，隨著溫度逐步提高，振動值逐漸下降，如圖5所示。同時8號軸承瓦振也有所下降。但受限于定子冷卻水出口溫度和防止發(fā)電機(jī)定子溫度升過大，定子水進(jìn)口溫度不能繼續(xù)提高。

圖5 振動值 （Ⅰ）與定子冷卻水進(jìn)口溫度 （Ⅱ）關(guān)系Fig.5 Relation curve between vibration （Ⅰ）and inlet temperature of stator cooling water（Ⅱ）

同時，根據(jù)現(xiàn)場氫冷器冷卻水管道振動明顯，發(fā)電機(jī)振動部分可能由此引起，對4號發(fā)電機(jī)汽機(jī)端、勵磁端采取壓重物的處理方法，對發(fā)電機(jī)兩端氫冷器上部壓沙袋，如圖6所示。主要目的是增加發(fā)電機(jī)上層重量，減低上部隨下部的振動，減少由外部振動因素干擾。通過試驗得出兩端各壓沙袋2 t時，效果較好，能滿足發(fā)電機(jī)運行要求，加沙袋過程振動變化如圖7所示。隨著兩端所加重物質(zhì)量的增加，發(fā)電機(jī)端部振動值 （曲線Ⅰ）和8號軸承瓦振 （曲線Ⅱ）逐漸減小。

通過以上方法處理，4號發(fā)電機(jī)300 MW時勵端16槽下層引線徑向振動 （L2）由278μm最低降至170μm左右，正常不超過195μm；500 MW負(fù)荷點振動值也下降至150μm左右，保證了在300～600 MW機(jī)組正常調(diào)峰負(fù)荷段內(nèi)全程未達(dá)到報警值，最高點振動值基本能控制在200μm以下，見圖8。

圖8 經(jīng)處理后，端部振動最大值與負(fù)荷的關(guān)系Fig.8 Relation curve between stator end vibration and active power after treatment

3 結(jié)論

實踐證明，以上處理方法解決了長期困擾4號發(fā)電機(jī)端部振動偏高的問題，保證了發(fā)電機(jī)安全運行，證明采取的方法行之有效。

［1］白亞民，葛海濱，曾芳.兩臺進(jìn)口600 MW汽輪發(fā)電機(jī)防止定子繞組端部損壞的技術(shù)改造措施 ［J］.大電機(jī)技術(shù)，2004，（S1）：55-59.

［2］國家電力公司防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點要求 ［R］.北京：中國電力出版社，2001.

［3］符建民，李俊卿.汽輪發(fā)電機(jī)定子冷卻水的溫度場分析 ［J］.電力科學(xué)與工程，2010，26 （9）：8-11.

Treatment of High Vibration on Stator End Windings in 600 MWGenerator

Li Chunhe1，Zeng Xiangzhuo2
（Guangdong Zhuhai Jinwan Power Company Limited，Zhuhai 519050，China）

The high vibration on stator end windings in＃4 generator cause the loosening and dropping of the composite water-electric joint and the operation of stator grounding protection.For safety operation of the units，this paper successfully reduces the vibration on stator end windings by changing the operation parameters and putting sand bags on the generator.The paper introduces the adjustment process and actual results.

generator；vibration on stator end windings；reduce；adjust

TK228

A

2012－06－05。

李春和 （1975-），男，工程師，現(xiàn)從事火力發(fā)電廠集控運行專業(yè)技術(shù)工作，E-mail：lch6126＠126.com。