660 MW汽輪發電機組異常振動分析與處理

李海波董林洋朱海燕

(河北邯峰發電有限責任公司，河北 邯鄲 056200)

某電廠1號機組為成套引進德國西門子的HMN系列、660 MW亞臨界、一次中間再熱、純凝汽式反動汽輪發電機組。發電機冷卻方式為水氫氫，定子繞組水內冷，轉子繞組采用氫內冷，定子鐵心和其他構件為氫冷。1-5號為汽輪機支撐軸瓦，6-8號為發電機勵磁機支撐軸瓦，軸系分布如圖1所示。

圖1 汽輪發電機軸系分布

1 故障概況

3月16日，電網頻率正常，1號機組負荷430 MW平穩運行，汽輪機6號、7號、8號軸瓦突發異常振動，軸瓦附近檢查無異常聲音。振動呈4～5 h周期振動，異常振動趨勢如圖2所示。異常振動持續36 h后消失。4月4日異常振動再次發生，特性基本一致，振動幅_值見表1。

圖2 6-8號軸瓦異常振動趨勢

2 原理分析與試驗驗證

2.1 原理分析

產生振動的原因比較多且復雜，檢測系統測量到的振動是多種因素共同作用的結果。比較常見的異常振動誘因，包括但不局限于汽流激振[1]、軸系的質量不平衡(轉子彎曲、轉子上零件松動、動靜摩擦)、電磁力不平衡和支撐系統剛性變化[2]。依據以上理論，技術人員根據異常振動發生時候的振動趨勢圖、頻譜圖和極坐標圖，對出現的異常振動進行分析。異常振動發生時負荷平穩無波動，可以推斷異常振動與汽流激振無強相關性[1]。

表1 機組6-8號軸瓦振動幅值表

轉子配重不平衡導致的異常振動，一般在汽輪機變速中體現[3-4]，如果在機組運行期間發生，往往伴隨劇烈振動，達到跳機保護值[2]。轉子熱變形，轉子永久性彎曲或聯軸器連接質量不佳產生振動，在機理上也產生了質量不平衡[5]，由于此汽輪機組已經連續運行20個月，且異常振動呈規律性變化、沒有達到跳閘值，結合異常振動發生時，現場并無動靜碰摩聲音，可以斷定此異常振動與轉子配重不平衡無強相關性。

異常振動發生時候的振動趨勢圖(圖2)、頻譜圖(圖3)和極坐標圖(圖4)中，可見大量工頻分量、少量二次分量和極少量的多次倍頻分量，未見明顯半頻分量，通過理論分析判斷發生了輕微的轉軸與軸封或轉軸與油擋碰摩。

圖3 6-8號各軸瓦異常振動頻譜瀑布

圖4 6-8號各軸瓦異常振動極坐標示意

2.2 試驗驗證

振動試驗采取電廠TSI設備(Vibrometer VM600)和獨立振動信號采集系統(Bently Nevada Adre 408DSPi)相結合的方法進行。振動數據來自于電廠TSI原始數據和3個獨立系統的振動探頭(B&K VS080)。

試驗方案：機組負荷調整試驗、發電機壓緊油油溫調整試驗、發電機密封油壓緊油流量調整試驗，試驗數據全部來自電廠TSI系統未經處理的原始數據，同期監測汽輪機基礎臺板和發電機地腳的振動。

3個獨立系統的振動探頭，結合配套磁吸底座分時復用的進行同期監測：當固定在6號、7號、8號軸承殼和基座，采集發電機軸承座外特性;固定在發電機外殼螺栓接合面和發電機本體基礎平臺，采集發電機定子外特性振動數據。將獨立探頭數據，結合TSI數據一并進行分析。

2.2.1 負荷調整試驗

將有功功率和勵磁電流盡可能降低、有功功率不變增大勵磁電流、有功功率至最大勵磁電流網調調整，在此3種工況下，實時采集數據。

在進行變負荷試驗期間，6-8號軸瓦振動矢量有明顯變化，但該變化處于較低水平，未見與異常振動相似的振動。由此判斷，異常振動的發生與機組負荷的變化無強相關性。

2.2.2 壓緊油油溫調整試驗

調整壓緊油油溫由運行期間38℃降低到33℃，而后恢復到正常值，實時采集數據。

發電機振動超標時的環境溫度比本次試驗時的環境溫度要低，密封油溫調整試驗期間，各軸瓦的振動矢量有明顯的影響，但所有振動值亦處于較低水平，未見與異常振動特征相似的振動。試驗證明壓緊油的溫度的變化不是引發異常振動的主要原因。

2.2.3 密封環壓緊油流量調整試驗

流量調整分為勵磁側和汽輪機側，汽輪機側由正常運行值260 L/s梯度降低30%直至0 L/s，后恢復到260 L/s;勵磁側由正常運行值230 L/s梯度升高30%至290 L/s后，再梯度降低30%直至80 L/s，然后梯度30%恢復到正常運行值。

在調整勵磁側壓緊油流量時(處在7號軸瓦處)，監測到與機組異常振動具有相同特征段的振動。如圖5所示，可以看到軸系發生了明顯的規律性振動，隨著勵磁側密封油流量降低振動升高，恢復到正常流量過程中，振動也趨向平穩。如圖6所示，在振動頻譜瀑布圖中，亦可以發現以上規律。在圖7所示的極坐標圖中，同樣出現了和異常振動具有高度相似特征的振動。

圖5 6-8號軸瓦壓緊油流量調整試驗振動趨勢

圖6 6-8號軸瓦壓緊油流量調整試驗頻譜瀑布示意

圖7 6-8號軸瓦壓緊油流量調整試驗極坐標

通過降低勵磁側密封油流量試驗，在振動趨勢圖、頻譜圖、和極坐標圖中，出現了和3月16日異常振動相似的振動特征。

通過以上試驗可以證明：降低勵磁側密封油流量，與機組異常振動的發生有明顯的相關性。

此外，全部試驗過程中，獨立探頭B&K VS080監測到8號軸瓦瓦振幅值較高，有3次和多次諧波成分，說明8號軸承座和基礎臺板的固定不牢固。

3 處理措施及效果

通過上述分析，調整1號機組7號軸瓦密封壓緊油流量為建議值，力矩校準發電機側所有地腳螺栓，截至2020年7月9日，再無異常振動。

4 結束語

為找尋異常振動的原因，研究了振動機理，并圍繞發電機軸系系統進行了試驗，通過多種方法分析數據，最終在不停機的情況下，通過調整勵磁機密封油環流量解決了異常振動，對相關類型汽輪發電機組不停機解決異常振動，有積極的借鑒作用。同時，提供了獨立振動探頭，同期監測基礎臺板振動，并將此監測信號并入到問題分析中，為解決汽輪機組異常振動的查找，提供了一種方法。