某1000MW發電機振動超標原因分析及處理

張春林 石永鋒

摘要：某廠1000MW發電機在調試啟動帶負荷過程中存在振動快速爬升現象，在高負荷階段表現得尤其明顯，技術人員判斷故障原因為熱不平衡以及動靜碰摩，因轉子熱彎曲量過大，在三次動平衡處理未果后，發電機進行抽轉子檢查，最終通過檢修手段，對密封瓦、軸瓦以及轉子與鐵芯間隙進行了調整，機組振動值達到合格范圍。該機組的振動特征及處理過程具有代表性，本文給出了分析、診斷的思路和處理過程，可以為類似故障的治理提供借鑒。

關鍵詞：發電機組；動平衡；動靜摩擦

前 言

某廠#2汽輪機是上海汽輪機有限公司和德國西門子公司聯合設計制造的超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、八級回熱抽汽、反動式汽輪機N1000-26.25/600/600，機組設計額定輸出功率為1000MW。發電機由上海電機廠設計制造，型號為THDF-125/67，水氫氫冷卻，無刷勵磁，勵磁機型號為ELR-70/90-30/6-20N。汽輪機為五支撐，發電機為三支撐，整個軸系由8只落地式徑向軸承支撐。軸系支承見圖1。

圖1 #2機組軸系結構

1 機組振動情況介紹

#2機組于2013年9月11日18：00進行第一次調試啟動，順利到達3000r/min，在定速過程中因為振動大打閘停機；第二次沖轉，機組順利定速，并網帶低負荷，振動情況良好；9月16日機組消缺后再次啟動，并網帶800MW負荷后7瓦軸振動快速爬升，最高到239?m。

1.1 第一次啟動

#2汽輪發電機組首次啟動，低轉速下各軸頸原始偏擺較小，表明軸頸光潔度良好，對輪連接狀態正常，轉子不存在熱彎曲。

22：27，機組首次3000rpm時發電機振動見表1。圖2為發電機各軸振波特圖。經分析，認為發電機轉子在定速時出現動靜摩擦，初步判斷摩擦部位為近#6瓦處的油檔和密封瓦。決定低速盤車，待轉子熱彎曲消失后再次沖轉。

表1 #2發電機首次3000r/min振動（一倍頻幅值/一倍頻相位/通頻幅值）

6號軸承

（?m/?/?m） 7號軸承

（?m/?/?m） 8號軸承

（?m/?/?m）

X方向軸振 71/228/86 36/60/58 9/99/14

Y方向軸振 47/351/66 31/214/60 22/259/33

圖2 #2機組發電機軸振升降速波特圖

1.2 第二次啟動

機組第二次啟動，9月13日0：25，3000rpm定速振動良好。5：04各項試驗結束后發電機軸系振動如表2所示。9月13日～9月16日，由于其他缺陷，機組400MW以下負荷運行，發電機軸系振動基本穩定，處于良好水平。

表2 #2發電機3000r/min振動（一倍頻幅值/一倍頻相位/通頻幅值）

6號軸承

（?m/?/?m） 7號軸承

（?m/?/?m） 8號軸承

（?m/?/?m）

X方向軸振 21/94/51 73/81/84 13/109/18

Y方向軸振 9/176/31 44/235/68 24/296/32

瓦蓋振動 <5 <5 <5

1.3 高負荷運行情況

9月17日1：58，表3為發電機剛到800MW振動數據，800MW運行一段時間后，#7瓦軸振出現快速爬升，主要是工頻成分增加，同時#6、#7瓦軸振也隨之不同程度增加，分析主要原因為動靜摩擦。將密封油溫從41℃提高到50℃，#7瓦軸振并未恢復，持續爬升到239μm。采取降負荷措施后軸振才開始逐漸降低，但未回復至原有狀態。由于系統其他缺陷，機組停運。

表3 #2發電機800MW振動（一倍頻幅值/一倍頻相位/通頻幅值）

6號軸承

（?m/?/?m） 7號軸承

（?m/?/?m） 8號軸承

（?m/?/?m）

X方向軸振 51/113/72 88/76/134 19/110/26

Y方向軸振 25/209/46 48/232/112 30/283/39

瓦蓋振動 <5 <5 <5

2 振動原因分析與處理

發電機轉子3000r/min定速以及低負荷運行時振動情況良好，說明轉子原始質量不平衡是好的。發電機轉子初次定速時振動出現快速爬升，從振動頻譜成分、爬升的速率以及升降速波特曲線的對比分析，判斷發電機轉子發生了動靜摩擦，使得轉子發生熱彎曲。機組帶負荷過程中，800MW以前振動隨負荷增大緩慢爬升，重復性較好，判斷轉子發生了穩定性熱彎曲，這種熱彎曲可能來源于轉子材質、聯軸器、以及電氣等原因，在現場常通過動平衡解決。800MW運行一段時間后，振動較快爬升，判斷轉子發生了動靜摩擦，發電機摩擦一般發生在油擋、密封瓦等部位。

在處理系統缺陷過程中，決定對#7瓦振動進行處理，主要基于發電機存在的兩點故障：動靜碰摩和轉子熱不平衡。當時決定不對發電機進行擴大檢查，在運行方式上將密封環油流量從0.25L/h降低至0.18L/h，提高密封油溫緩解密封瓦碰摩；同時，進行動平衡處理，降低機組熱不平衡量。

2.1 第一次動平衡

第一次加重在勵發對輪加重530g，加重角度310°。

9月21日機組啟動，19：05，3000rpm定速，發電機振動數據見表4。并網帶負荷，#7瓦軸振隨負荷上升逐漸爬升，以一倍頻變化為主，特別是500MW以上爬升速度加快，負荷穩定后振動也能維持穩定，到900MW負荷時#7瓦軸振爬升至240μm（通頻）。#6、#8瓦軸振趨勢與#7瓦相同。

第一次動平衡處理與預期偏差較大，分析可能原因是發電機轉子動靜摩擦沒有消除（圖3）。

表4 #2發電機3000r/min振動（一倍頻幅值/一倍頻相位/通頻幅值）

6號軸承

（?m/?/?m） 7號軸承

（?m/?/?m） 8號軸承

（?m/?/?m）

X方向軸振 49/246/62 58/198/76 33/208/37

Y方向軸振 24/29/41 29/297/59 29/311/36

圖3 #2發電機第一次動平衡后軸振趨勢圖（并網-900MW-解列）

2.2 第二次動平衡

利用機組停機消缺機會，對發電機轉子進行第二次動平衡調整，加重位置依然在勵發對輪，將第一次平衡塊調整為300g/25?。

9月23日機組啟動，10：48，3000rpm定速，發電機振動數據如表5。機組帶負荷到1000MW時，#7瓦軸振爬升至270μm（通頻），工頻振動分量230μm。趨勢圖如圖4.

表5 #2發電機3000r/min振動（一倍頻幅值/一倍頻相位/通頻幅值）

6號軸承

（?m/?/?m） 7號軸承

（?m/?/?m） 8號軸承

（?m/?/?m）

X方向軸振 44/229/64 72/4/83 18/357/22

Y方向軸振 22/27/42 31/168/56 12/214/22

圖3 #2發電機第二次動平衡后軸振趨勢圖（并網-1000MW-解列）

第二次動平衡調整后#7瓦振動仍然與預期偏差較大，#7瓦振動在帶負荷過程中依然出現大幅爬升，發電子轉子動靜碰摩依然沒有消除。在試圖運行中摩開間隙的同時，繼續進行第三次動平衡處理。

2.3 第三次動平衡

轉子熱不平衡如此之大，如需徹查，需抽轉子，經與上海發電機廠確認后，再次進行平衡配重嘗試，該次配重主要是想控制滿負荷階段發電機6、7瓦的軸振水平。第三次加重將平衡塊調整為385g/25?。

經第三次配重，滿負荷運行#7瓦軸振基本穩定在200μm。

3 抽轉子檢查及處理

經過三次動平衡嘗試后，#2發電機振動有所較小，但依然很大，這主要源于發電機轉子熱不平衡較大以及高負荷階段發生的動靜摩擦。穩定的熱不平衡量在現場一般可以通過現場的平衡的方法解決，但是由于高負荷段動靜摩擦的影響，這臺機組三次動平衡均收效甚微。汽機部位的摩擦常采用堅持運行現場摩開的方法，但是發電機密封瓦部位的碰摩與汽機汽封部位的碰摩不同，很難磨開，#2發電機帶負荷過程證明了這點。

為了機組安全穩定運行，決定對#2發電機進行抽轉子檢查，進一步查找發電機轉子熱不平衡量以及動靜摩擦的原因。

發電機轉子交流阻抗試驗和極平衡試驗：數據反映狀態良好，排除了發電機轉子匝間短路的可能。發電機轉子還進行了通風試驗：該試驗在靜態狀態下，只能檢測和評估通風孔是否通暢，各孔通風量的大小因檢測手段的限制無法定量評估，試驗初步排除了通風道堵塞是機組振動主要原因的可能。

檢修還對軸系對中情況進行復查調整：復查數據反映汽發對輪中心略有上張口（0.08mm），復裝時按要求調整為下張口（0.01mm），勵發對輪復裝時下張口控制在0.15mm。

汽、勵端密封瓦本身的尺寸數據、橢圓度、平直度，均符合要求。復查時發現密封瓦座合縫處有0.08mm左右的錯位現象，汽、勵端密封瓦支座的內擋迷宮密封與轉軸有明顯摩痕，勵端密封瓦內圓及平面均有碰摩痕跡，尤其是平面摩痕較為明顯。密封瓦座合縫錯位，使得密封瓦軸向間隙變小，使得密封瓦活動受阻，極易導致密封瓦與轉子碰磨。

復裝前對迷宮銅條進行了修刮去翻邊處理，同時按圖紙要求控制了間隙，消除了錯位現象。

#6和#7軸瓦檢查發現球面接觸狀態較差。#6瓦呈線接觸，接觸面積嚴重不足；#7瓦接觸角范圍小于90°，兩側接近水平方向范圍無接觸。通過現場研摩，發電機兩瓦最終達到了接觸角大于120°，接觸面積大于80%，接觸點分布均勻的配合要求。

轉子與鐵芯氣隙隔板與轉子勵端護環外圓有明顯摩痕，護環外圓60°弧度范圍碰摩痕跡锃亮，有略顯過熱現象，氣隙隔板內圓上1～3點位置摩痕嚴重發黑。復裝時嚴格控制了該配合間隙。檢修中保留了之前加重平衡塊。

4 處理結果

檢修工作完成后，機組沖轉，振動正常，順利定速。并網前發電機進行電氣試驗，勵磁電流加到2000A左右，發電機6、7瓦軸振基本穩定，該狀態與處理前電氣試驗階段6、7瓦振動明顯爬升相比，有了明顯好轉。

發電機并網及后續升負荷過程中，6、7瓦軸振，尤其是7瓦軸振，其振幅和相位基本保持穩定。1000MW運行時，各瓦的軸振均低于50μm（DCS值，單峰）。

5 結語

（1）#2發電機高負荷振動快速爬升的根本原因是動靜碰摩，發生部位是密封瓦以及護環隔板，軸瓦支撐情況較差也對振動的發生有較大影響。

（2）近年來，隨著節能改造的進行，汽機各部位汽封間隙控制得較小，汽機在大修后啟動過程中常出現動靜碰摩故障，汽機部位的碰摩通過多啟動幾次或帶負荷運行，一般都能夠摩開間隙，振動趨于穩定。發電機的碰摩的發生比汽機要少得多，常發生于油擋、密封瓦 和護環等部位，有一些很難摩開，因此在檢修過程中要嚴把質量關。

參考文獻

[1] 陸頌元.汽輪發電機振動[M].北京：中國電力出版社，2000.

[2] 陸頌元. 大型汽輪發電機組高效動平衡的策略和技巧[J]. 汽輪機技術，Vol.35，2002（3）：1-5.

[3] 陸頌元. 大型機組動靜碰磨的振動特征及現場應急處理方法[J]. 中國電力，Vol36，2003（1）：6-11.

作者簡介，

張春林（1973-），男，江蘇常州人，高級工程師，從事發電廠電氣方面工作