4號發電機七瓦振動原因分析及診斷

摘 要：本文主要以XX公司生產的600MW汽輪發電機7瓦振動的原因和診斷方法進行了介紹和分析，結合實際的運行經驗，就大型汽輪發電機轉子端部固定松動引起振動在的問題進行了研究和探討。

關鍵詞：發電機、振動、試驗、分析

中圖分類號：TM621文獻標識碼：A文章編號：1003-9082（2019）04-0-02

引言

xx公司4號機組于2004年9月14日投產，投產以來一直存在七瓦振動隨無功負荷增大而大幅增長的重大隱患，對機組的安全運行構成嚴重威脅。針對4號發電機七瓦振動超標缺陷，為進一步查清振動根源，消除設備隱患，通過做運行工況變化時的幾種特性試驗，確定振動原因及處理方案，公司與xx電力科學院和發電機廠家專家共同對發電機七瓦振動狀態進行試驗，通過綜合分析，確定了振動原因，提出處理意見。

一、發電機七瓦振動類別的判定

1.振動分類

按在外力產生振動的穩定性可分為普通穩定強迫振動和普通不穩定強迫振動。

第一，普通穩定強迫振動是振幅與機組的運行工況、運行時間無明顯關系。產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，普通不穩定強迫振動是振幅和相位與機組的運行工況、運行時間有明顯關系。產生原因是排除軸承座連接剛度、共振不穩定因素外，原因是由激振力變化引起的。

由此判定：4號發電機軸振動是隨運行工況引起的振動故為普通不穩定強迫振動。

第三，普通不穩定強迫振動激振力的原因：

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

其二，不對稱電磁力。發電機線圈發生故障時，產生不對稱電磁力。特點是振動隨勵磁電流增大而增大，而且無時滯性。

其三，轉子不平衡力。由于轉子部件發生徑向，周向位移、轉軸裂紋、彎曲等原因，轉子平衡狀況隨運行時間、運行工況變換化而變化這是不穩定普通強迫振動的主要激振力。診斷的要點是基頻振幅或相位隨時間機組工況而變化。故障原因是轉子不平衡狀態的變化。

轉子不穩定不平衡可分為以下幾種：①隨機變化的不穩定不平衡;②隨時間變化的不穩定不平衡;③隨機組運行工況變化的不穩定不平衡。分類為：①轉軸扭矩改變而引起的不平衡;②勵磁電流增大后產生的熱不平衡;③機組有功負荷增大后產生的熱不平衡。

由此判定：4號發電機軸振動是隨機組運行工況變化的不穩定不平衡中的勵磁電流增大后產生的熱不平衡。

二、發電機七瓦振動的原理及其分析

4號發電機七瓦振動，是在增大勵磁電流的工況下，產生的滯后振動增大。如下圖，呈階梯狀。

曲線上1、2兩點間距離，表示在相同勵磁電流下，七瓦的振動隨時間增長而增大的數值，從圖中可以看出，由于勵磁電流增大使轉子產生局部的熱不平衡，從而造成轉子激振力增大所致。轉子受熱后的振動變化量稱為振動熱變量。

第一，轉子產生熱不平衡的原因，總的來說由于轉子上某些零件產生不對稱熱變形和轉子熱彎曲。發電機產生不對稱熱變形零件主要指端部零件，在徑向發生不對稱位移。破壞了轉子的質量平衡。解決辦法是發電機解體檢查，固定端部零件。

第二，發電機熱彎曲的幾種原因分析：①轉軸上內應力大。屬制造遺留下的缺陷或發電機被燒，嚴重動靜摩擦和直軸后退火不徹底時遺留的缺陷;②轉軸上材質不均。轉軸在澆鑄、鍛造和熱處理過程中形成直徑方向上纖維組織不均，造成膨脹系數存在差別;③轉軸存在徑向不對稱溫差，產生彎曲。發電機轉子隨勵磁電流增大可導致轉子徑向不對稱溫差的原因有幾條。

第三，發電機轉子受熱不均。幾種原因分析：①轉子線圈局部短路或匝間短路。由于轉子勵磁線圈短路或匝間短路，造成轉子線圈的電阻不平衡，當線圈通上同樣勵磁電流后，轉子局部產生的熱量不同。故在轉子直徑方向形成溫差。造成轉子熱膨脹不均，產生熱不平衡;②轉子線圈和線槽之間熱阻存在差別：當轉子通上勵磁電流，線圈溫度首先升高，然后線圈和線槽之間發生直接傳導。由于其傳熱熱阻在直徑方向存在差別，熱阻小的一側轉子溫度高于熱阻大的一側，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轉子冷卻不均勻。轉子通風孔堵塞（制造和運行時都會發生）或水內冷發電機轉子在導線內水流不對稱。可以使轉子在直徑方向冷卻發生差別而形成不對稱溫差。這種不對稱溫差除隨轉子溫度升高而加大外，會隨發電機進口風溫或水量而變化。對于氫冷發電機轉子，當其通風孔堵塞時軸承振動隨氫壓的升高而降低;④轉軸軸向傳熱、直徑方向的熱阻不均勻;⑤轉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，套裝零件一側緊貼表面，另一側稍離軸表明，形成徑向傳熱熱阻不對稱而使轉軸產生徑向不對稱溫差。

第四，綜合分析方法：綜合以上諸種因素后，要確定發電機轉子熱彎曲的具體原因，先進性正向推理，逐個排除，將熱彎曲的原因縮小到較小的范圍內，然后再反向推理，對還不能排除的一些因素，結合轉子結構、機組運行和振動歷史、振動特征，必須仔細求證，必要時解體檢查懷疑的缺陷。

三、發電機七瓦振動原因試驗驗證方法及狀態分析評價

1.試驗方法：根據試驗要求將分為以下幾種狀態進行分項試驗

第一，氫溫變化，保持有功、無功不變，，有功600MW，無功120MVar，汽輪機組六瓦、七瓦、八瓦瓦溫及軸振變化規律，每一個溫度測點，穩定1小時后測量。

第二，有功變化，保持氫溫、無功不變，氫溫調平穩，無功120MVar，汽輪機組六瓦、七瓦、八瓦瓦溫及軸振變化規律，每一個有功范圍，穩定20分鐘后測量。

第三，有功變化，保持氫溫、勵磁電流不變，氫溫調平穩，勵磁電流在3200A，汽輪機組六瓦、七瓦、八瓦瓦溫及軸振變化規律，每一個有功范圍，穩定20分鐘后測量。

第四，無功變化，保持氫溫、有功不變，氫溫調平穩，有功600MW，汽輪機組六瓦、七瓦、八瓦瓦溫及軸振變化規律，每一個無功范圍，穩定20分鐘后測量。

2.試驗數據

3.狀態分析評價

從2005年2月的作無功試驗數據以及3月24日、25日的試驗數據中存在以下特征;

第一，當試驗增加氫氣溫度時，7Y振動增加，但幅值不大，但從振動規律表現上看，轉子通風冷卻不均衡的特征不明顯。

第二，2005年2月22日以及3月24日均進行了變無功的試驗，而且均是當無功到240Mar時，7Y振動超過125um報警的上限值而停止試驗，因此無功繼續增加對振動影響到何種程度，此次試驗未能進行。影響7瓦Y向振動最為直接的因素就是機組的無功，當無功增加時，振動表現為有時滯的增加，在無功降低時，振動不明顯。

第三，在3月22日機組跳機降速過程中，發電機轉子了較明顯的不平衡，而當8小時后機組啟動過程發電機臨機時，振動不明顯。

第四，在無功試驗中，通過數據分析，發現影響轉子振動的時階不平衡量的改變。

第五，3月24日機組降負荷時，振動下降，表現為與有功和無功的改變有密切關系。

第六，3月25日進行機組有功試驗時，振動保持穩定。

從試驗現象來看，影響7瓦Y向振動最為直接的因素是機組無功，這直接反映出發電機轉子的熱態不平衡的存在。發電機轉子的熱彎曲引起的不平衡是一種常見現象。

4.消除發電機七瓦振動的對策和方案

第一，消除發電機七瓦振動的對策：①盡可能減少發電機所帶無功;②盡早進行發電機檢修，徹底檢查。消除振動源。

第二，消除發電機七瓦振動的方案：①解體后發現發電機轉子勵端護環下的絕緣墊塊脫落，發電機抽轉子解體抜護環檢查;②更換發電機汽、勵兩側護環內絕緣瓦，并做好壓緊絕緣墊塊措施。

五、結束語

通過對4號發電機七瓦軸振動分析和試驗，最終診斷發電機轉子存在熱不平衡的重大缺陷，及時停機消缺，消除發電機轉子端部松動的重大隱患，避免了設備事故。

作者簡介：張盛（1972-），男，工程師，畢業于華北電力大學，現任內蒙古大唐國際托克托發電公司檢修部電氣隊隊長。