發電機轉子振動故障的診斷與處理

馬思聰，蔡文方

（國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014）

發電機轉子振動故障的診斷與處理

馬思聰，蔡文方

（國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014）

介紹了2臺上汽1 000 MW汽輪發電機組的振動爬升情況，針對出現的振動問題，通過相關的試驗分析，得出了發電機轉子振動故障為轉子熱彎曲和安裝缺陷所致，現場采取了熱態動平衡與檢修相結合的方案，消除了發電機轉子的振動問題。

發電機；熱不平衡；振動；平衡

0 引言

大型發電機振動故障有很多類型，熱彎曲是比較常見的振動故障，其主要原因包括材質問題、冷卻系統故障、轉子線圈膨脹受阻、匝間短路等，從表現上看，這4類故障的特征頻率均為基頻，現場為了區分這4類故障，需進行深入分析并進行相關試驗。

隨著汽輪機組技術的發展，發電機轉子超大型化設計使得轉子更容易出現材質不均勻及受熱不均勻等缺陷，引起轉子熱彎曲。上海汽輪機廠1 000 MW機組自投產以來，部分發電機轉子存在不同程度的熱不平衡現象，在機組高負荷狀態下，發電機振動偏大，影響機組安全運行。

通過2臺發電機因熱不平衡導致的熱彎曲造成振動過大的案例，介紹了故障的特征、分析過程和處理方法，可以為其他機組作為參考。

1 機組簡介

某機組選用1000-26.25/600/600（TC4F）型超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓凝汽式汽輪機，配以THDF125/6型水/氫/氫冷卻發電機，勵磁系統采用靜態勵磁和無刷勵磁2種方式。機組軸系由5個徑向橢圓軸承支撐，高壓轉子為雙支撐結構，中壓和低壓轉子為單支撐結構，發電機轉子和勵端小軸為三支承結構，各轉子間均用剛性聯軸器連接，其軸系布置如見圖1所示。

2 A電廠3號機組振動故障分析診斷

2.1 振動現象

圖1 1000 MW汽輪發電機組軸系

A電廠3號機組自投入生產以來，發電機在整個沖轉過程中，振動良好，無異常振動特征。發電機在機組初定速以及初帶負荷的時候，5號瓦、6號瓦振動均小于80 μm且振動穩定；但隨著機組負荷逐漸升高，5號瓦、6號瓦振動也隨之升高，當機組升至滿負荷時，5號瓦、6號瓦振動最大為150 μm；當機組負荷下降時，5號、6號瓦振動也隨之下降。

2.2 振動相關試驗

為了進一步查明根本原因，對機組先后進行了變氫溫試驗、變密封油試驗、變有功試驗、變無功試驗。

在變氫溫試驗、變密封油溫試驗、變無功試驗過程中，5號、6號、7號瓦振動幅值和角度均無明顯變化，振動基本保持穩定。

在進行變有功功率試驗時，隨負荷增加5號、6號、7號瓦軸承出現明顯爬升，試驗測試數據見表1。

表1 變負荷試驗振動測試數據

2.3 振動故障特征與原因分析

變氫溫試驗、變密封油溫試驗、變無功試驗的結果表明：試驗對5號瓦、6號瓦、7號瓦振動無明顯影響，基本可以排除冷卻系統故障、線圈膨脹受阻、匝間短路以及出現動靜碰磨等故障。而機組變負荷試驗結果表明5號瓦、6號瓦振動上升存在以下幾點特征：

（1）隨負荷上升，5號、6號、7號瓦振動逐漸爬升。

（2）振動爬升主要以基頻成分為主。

（3）在振動爬升過程中，6號、7號瓦相位發生明顯變化，且各工況下重復性振動較好。

（4）當負荷升至滿負荷狀態后，振動還會進一步上升，再逐漸趨于穩定。

以上特征表明：機組在空載和帶初負荷時，振動均在80 μm左右，振動雖無明顯變化，但振動幅值相對較大，存在一定的質量不平衡。根據軸系布置圖，5號瓦為低壓缸后軸承，6號瓦、7號瓦為發電機前后軸承，隨著機組負荷升至高負荷時，5號瓦、6號瓦振動上升幅度較大，6號瓦、7號瓦相位增大。根據這些振動特點，判斷發電機轉子受熱不均勻，導致轉子熱彎曲和低發對輪中心產生偏差的可能性較大。

2.4 振動處理措施

根據以上診斷結果，決定在機組停機之后，對其進行汽發對輪中心重新校正對中，并在汽發對輪上進行現場動平衡。經計算，在汽發對輪上加重1.04 kg逆轉向120°的平衡塊，降低發電機轉子在高負荷時熱彎曲的振動，兼顧發電機空載時的振動，同時根據廠家要求對汽發對輪中心等安裝參數重新進行調整和對中。

經過現場動平衡和汽發對輪中心調整后，機組再次啟動，空載時，機組發電機前后軸振均小于60 μm，振動處于優良水平；機組逐漸帶至高負荷，5號、6號、7號瓦振動平穩，未出現振動異常波動，振動問題得到解決，各工況振動詳細數據見表2。

表2 處理后機組各工況振動測試數據（通頻）

3 B電廠2號機組振動故障分析診斷

3.1 振動現象

B電廠2號機組自基建調試168 h試運行以來，機組從空載到帶500 MW負荷時，發電機6號、7號瓦振動處于優良水平，機組帶高負荷的過程中，6號、7號瓦軸振逐漸上升，且7號瓦瓦振也逐漸上升，尤其在機組滿負荷狀態下，7號瓦軸振最大為162 μm，瓦振最大為11.6 mm/s；機組負荷下降時，6號、7號瓦振動也隨負荷下降而下降。這一振動現象與A電廠3號機組相似。

3.2 振動試驗

從振動現象來看，該機組初步判斷是6號、7號瓦的振動跟負荷有關，即隨負荷變化而變化，且為了進一步查明根本原因，對機組進行了變氫溫試驗、變密封油試驗、變負荷試驗、變無功試驗。

經過變氫溫試驗、變密封油試驗、變無功試驗，在試驗過程中機組發電機6號、7號瓦軸振振動均無明顯的影響，且振動保持穩定。但在無功試驗中，無功功率從低到高變化的過程中，7號瓦振也隨之變化，其變化幅度大于軸振變化，其試驗詳細測試數據見表3。

表3 無功試驗對7號瓦振測試數據

而從機組的歷史振動數據表明，機組從基建調試168 h試運行開始，到正式投產運行數月后，期間6號、7號、8號瓦振動在機組各個工況下有著明顯變化，詳細振動數據見表4。

表4 各工況下振動數據

3.3 振動故障特征與原因分析

根據變氫溫試驗、變密封油溫試驗、變無功試驗的結果表明：試驗對6號、7號瓦振動無明顯影響，基本可以排除由冷卻系統故障、線圈膨脹受阻、匝間短路以及出現動靜碰磨等引起的故障。但變無功試驗對7號瓦振有一定的影響，且7號瓦振在機組高負荷下較大，結合機組歷史數據來看，6號、7號、8號瓦振動存在以下特征：

（1）隨負荷增大，6號、7號、8號瓦振動逐漸爬升。

（2）振動波動主要以基頻成分為主。

（3）在振動波動的過程中，6號、7號瓦相位變化不大，且各工況下振動具有較好的重復性。

（4）7號瓦振動較大，且受無功功率的影響，瓦振大小與軸振大小不成比例。

綜合以上特征，表明機組在空載和帶到500 MW負荷時，6號、7號、8號瓦軸振和7號瓦振在優良范圍內，隨著機組負荷的升高，6號、7號瓦振動和7號瓦瓦振逐漸升高，且7號瓦瓦振上升幅度與振動不成比例，根據這些振動特點，判斷發電機轉子受熱不均勻，導致熱彎曲的發生和7號瓦軸瓦剛性偏差的可能性較大。

3.4 振動處理措施

根據以上診斷結果，制定了解決方案，在現階段機組運行過程中，根據變無功試驗對7號瓦瓦振有一定影響的結果，決定在運行中對無功功率進行相應的限制，以限制7號瓦瓦振波動。在之后的檢修中，在發勵對輪上進行現場動平衡，先后分別加重174 g逆轉向260°和300 g逆轉向335°，降低發電機轉子在高負荷時熱彎曲的振動，同時對8號瓦振動也有一定的降低，對7號瓦軸承間隙等安裝參數根據廠家的要求進行相應的調整。經過現場動平衡、7號瓦軸承間隙的調整后，機組再次啟動，在高負荷狀態下，6號、7號瓦振動平穩，軸振均處于60 μm以下，7號瓦瓦振也處于優良范圍，未出現振動異常波動，振動問題得到解決。

4 結論

在分析發電機熱不平衡導致熱彎曲振動的時候，往往將重點傾向于發電機匝間短路上，而忽視了轉子本身材質不均勻而導致振動的可能。通過一系列試驗及振動分析，將各種可能的振動故障一一排除，最終確定為因發電機轉子材質不均勻導致的熱彎曲振動。針對這一情況進行現場熱平衡處理，但應根據發電機組熱彎曲引起的振動大小和運行允許量值綜合考慮，不能盲目利用熱平衡手段，情況嚴重時應及時停機進行檢查。

[1]孔祥渠，王帥，楊承剛.某電廠2號機組發電機轉子熱彎曲故障診斷[J].科技風，2014（4）∶71-72.

[2]劉樹鵬，葛祥.某電廠發電機振動故障診斷及處理[J].大電機技術.2016（3）∶15-18.

[3]吳文健，童小忠，應光耀，等.浙江省內國產化600 MW汽輪發電機組振動綜合處理[J].浙江電力，2010，29（10）∶28-31.

[4]何國安，陳強.1 000 MW機組振動特性及案例分析.中國電力，2013，46（10）∶18-22.

[5]張學延，楊壽敏，張衛軍，等.汽輪發電機組轉子材質缺陷引起的振動問題[J].中國電力，2010，43（5）∶38-42.

[6]趙衛正，陳杰.660 MW超超臨界機組振動原因分析與處理[J].浙江電力，2014，33（11）：49-51.

[7]寇勝利.汽輪發電機組的振動及現場平衡[M].北京：中國電力出版社，2007.

（本文編輯：徐晗）

Diagnosis and Treatment of Generator Rotor Vibration

MA Sicong，CAI Wenfang
（State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

This paper introduces vibration increase of two 1 000 MW steam turbine generator sets manufactured by STP.Aiming at the existing vibration，it is concluded by test and analysis that the rotor vibration is caused by thermal bending and installation defects.A scheme of integrated thermal state dynamic balancing and maintenance is adopted in the field to eliminate the vibration.

generator；thermal unbalance；vibration；balance

項目：國家自然科學基金資助項目（51275452）；國網浙江省電力公司科技項目（5211DS14005B）

TK268+.1

B

1007-1881（2017）01-0064-03

2016-11-21

馬思聰（1985），男，工程師，主要從事汽輪發電機組的振動，模態的測試分析及診斷研究工作。