王延博，朱旭升，張澤雄（. 西安熱工研究院有限公司，西安 7003）（. 華能國(guó)際電力股份有限公司海門(mén)電廠，廣東 汕頭 5500）

華能海門(mén)電廠1號(hào)1032MW發(fā)電機(jī)振動(dòng)故障診斷及處理

王延博1，朱旭升2，張澤雄2
（1. 西安熱工研究院有限公司，西安 710032）（2. 華能國(guó)際電力股份有限公司海門(mén)電廠，廣東 汕頭 515100）

小修調(diào)整對(duì)輪中心后發(fā)電機(jī)組振幅隨著有功負(fù)荷的提升而增大，處于嚴(yán)重超標(biāo)水平。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)迚行的變勵(lì)磁電流、冷卻風(fēng)溫、負(fù)荷試驗(yàn)以及外特性試驗(yàn)結(jié)果迚行診斷，排除了找中誘發(fā)振動(dòng)故障的可能性，判斷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子存在熱不平衡故障。采取對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)熱平衡的方法，將定速、負(fù)荷工況下發(fā)電機(jī)振動(dòng)控制在優(yōu)良水平范圍以內(nèi)。

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子；振動(dòng)；熱敏性；熱平衡

0 引言

由于1號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)（型號(hào)為QFSN-1000-2-27）存在轉(zhuǎn)子相對(duì)軸振幅值持續(xù)惡化且達(dá)到報(bào)警值的問(wèn)題，電廠利用小修停機(jī)機(jī)會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與低壓轉(zhuǎn)子對(duì)輪中心迚行了精細(xì)調(diào)整；開(kāi)機(jī)后發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組振幅隨著負(fù)荷的提升而增大，其中轉(zhuǎn)子相對(duì)軸振幅值最高達(dá)到196μm、軸承座振幅最高達(dá)到76μm，嚴(yán)重超標(biāo)。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)迚行的變勵(lì)磁電流、冷卻風(fēng)溫、變負(fù)荷以及外特性試驗(yàn)結(jié)果迚行診斷，排除了對(duì)輪中心調(diào)整誘發(fā)振動(dòng)故障的可能性，確認(rèn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)存在熱敏性，判斷振動(dòng)故障原因?yàn)閮?nèi)摩擦。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況以及消振工期，最終采取對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)熱平衡的方法，將定速、負(fù)荷工況下發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)控制在優(yōu)良水平范圍以內(nèi)。

1 振動(dòng)歷史簡(jiǎn)介

在168h試運(yùn)期間，1號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)處于優(yōu)良水平；自投入商業(yè)運(yùn)行以來(lái)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)軸振幅值偏大、與負(fù)荷具有一定的相關(guān)性、且存在持續(xù)惡化趨勢(shì)的問(wèn)題，如圖1和表1所示。

表1 發(fā)電機(jī)振動(dòng)歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

鑒于此，華能海門(mén)電廠利用小修停機(jī)機(jī)會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與低壓轉(zhuǎn)子對(duì)輪中心迚行了精細(xì)調(diào)整，以期改善發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)與軸承座振動(dòng)水平。

在小修后的開(kāi)機(jī)幵網(wǎng)、帶負(fù)荷過(guò)程中，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組振動(dòng)幅值隨著有功負(fù)荷的提升而明顯增大，轉(zhuǎn)子相對(duì)軸振幅值最高達(dá)到196μm、軸承座振幅最高達(dá)到76μm，見(jiàn)表2，處于嚴(yán)重超標(biāo)水平。

圖1 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)—負(fù)荷關(guān)系趨勢(shì)曲線

表2 最近兩次起停機(jī)發(fā)電機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) μm

2 檢修找中與振動(dòng)故障的相關(guān)性分析

2.1 對(duì)輪中心問(wèn)題

本次小修后啟動(dòng)低轉(zhuǎn)速300r/min、初定速3000r/min工況與上次啟動(dòng)同一工況相比，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)軸振幅值有所減小，說(shuō)明小修調(diào)整中心（晃度、瓢偏）還是有一定的效果。

2.2 對(duì)輪螺栓緊力問(wèn)題

由于幵網(wǎng)以后、在帶低負(fù)荷階段期間，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)軸振幅值即隨著負(fù)荷的提升而持續(xù)爬升，幵不是在大負(fù)荷階段、某一工況下才出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象，據(jù)此可以排除低壓轉(zhuǎn)子—發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)輪螺栓緊力不足故障。

2.3 定子載荷分配問(wèn)題

在大負(fù)荷穩(wěn)定工況下，發(fā)電機(jī)軸承座振幅達(dá)到76μm，發(fā)電機(jī)定子底座振動(dòng)在15μm左右，說(shuō)明定子載荷分配正常，可以排除發(fā)電機(jī)定子與臺(tái)板之間的連接剛度不足問(wèn)題。

2.4 結(jié)論

發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障與小修期間迚行的對(duì)輪中心調(diào)整工作之間沒(méi)有必然關(guān)系。

3 振動(dòng)試驗(yàn)及診斷

3.1 初步試驗(yàn)診斷

根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)與負(fù)荷的關(guān)聯(lián)性，初步判斷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)存在熱敏性，即發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子存在熱不平衡故障；引起該類故障現(xiàn)象的原因有：匝間短路、不對(duì)稱冷卻、內(nèi)摩擦。

隨即對(duì)1號(hào)發(fā)電機(jī)分別迚行了降負(fù)荷試驗(yàn)、變轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流試驗(yàn)及變冷風(fēng)溫度試驗(yàn)，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)沒(méi)有發(fā)生明顯的變化。

值得注意的是，由于在本次振動(dòng)試驗(yàn)之前發(fā)電機(jī)組已經(jīng)帶了幾天的大負(fù)荷、處于完全熱態(tài)，在這種情況下的振動(dòng)試驗(yàn)往往不能反映真實(shí)的結(jié)果。

3.2 可逆性因素分析

鑒于上述情況，決定采用滑停方式停機(jī)，一方面觀察振動(dòng)的變化情況，另一方面為停機(jī)消振工作做準(zhǔn)備。

在從滿負(fù)荷工況持續(xù)減負(fù)荷的整個(gè)過(guò)程中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)幅值持續(xù)降低；在解列后空轉(zhuǎn)工況下，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)幅值幵沒(méi)有恢復(fù)到小修后初定速工況下的振動(dòng)水平。

圖2 幵網(wǎng)—帶負(fù)荷—減負(fù)荷—解列過(guò)程發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)趨勢(shì)曲線

由于該發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)存在逐步惡化以及恢復(fù)參數(shù)、振動(dòng)不能完全恢復(fù)的現(xiàn)象，初步判斷可能存在內(nèi)摩擦故障（線棒、絕緣層、滑動(dòng)層、槽楔之間的相對(duì)熱膨脹受阻）。

3.3 機(jī)理解釋

發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)是由轉(zhuǎn)子繞組的勵(lì)磁電流建立的，勵(lì)磁電流通過(guò)繞組幵使線圈被加熱，線圈受熱后向兩端膨脹。在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中線槽中的銅線承受巨大離心力，使線圈緊貼在槽楔和護(hù)環(huán)的內(nèi)壁（線圈和槽楔之間有一層楔下墊條），從而使結(jié)合面存在著很大的摩擦力，阻礙線圈膨脹。如果有些線槽中的線圈膨脹受阻，將產(chǎn)生一個(gè)反作用力，通過(guò)槽楔和護(hù)環(huán)作用在轉(zhuǎn)子上，使轉(zhuǎn)子發(fā)生彈性彎曲，從而誘發(fā)轉(zhuǎn)子的平衡狀況惡化，表現(xiàn)為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)振幅的大幅度爬升。

4 熱平衡

結(jié)合電廠生產(chǎn)實(shí)際情況，切實(shí)可行的方法是對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)施熱平衡，以期改善大負(fù)荷工況下發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)水平，從而保證設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

由于消振項(xiàng)目的工期受限于電網(wǎng)調(diào)度、為了確保熱平衡一次成功，經(jīng)與電廠及檢修單位協(xié)商，選定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子風(fēng)扇環(huán)為第一加重面。

在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子風(fēng)扇環(huán)上的燕尾槽內(nèi)加重1000g∠18°、在低壓轉(zhuǎn)子—發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)輪加重600g∠200°、在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子后端集電環(huán)刷架燕尾槽內(nèi)加重400g∠18°。

開(kāi)機(jī)后定速空載、負(fù)荷工況下發(fā)電機(jī)振動(dòng)均在優(yōu)良水平范圍以內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)熱平衡取得一次成功。

表3 熱平衡前后發(fā)電機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) μm

5 討論

值得注意的是，在對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子熱平衡以后的幵網(wǎng)、帶負(fù)荷整個(gè)過(guò)程中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)熱變量與熱平衡前的振動(dòng)熱變量相比，幅值大大減小，見(jiàn)表4。對(duì)此現(xiàn)象可做如下解釋：對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)施熱平衡以后，改變了定速空載工況下發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的基頻振動(dòng)的幅值和相位（動(dòng)撓度），從而影響到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部線棒、絕緣層、滑動(dòng)層、槽楔之間的相互接觸狀態(tài)，表現(xiàn)為帶負(fù)荷過(guò)程中由熱膨脹引起的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)摩擦故障效應(yīng)減弱所致。

表4 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)熱變量對(duì)比（基頻，μm∠°）

6 結(jié)論

（1）誘發(fā)1號(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)故障的原因?yàn)閮?nèi)摩擦效應(yīng)，與小修期間迚行的對(duì)輪中心調(diào)整無(wú)關(guān)。

（2）采用現(xiàn)場(chǎng)熱平衡的方法，成功地將定速空載、負(fù)荷工況下發(fā)電機(jī)組振動(dòng)控制在優(yōu)良水平范圍以內(nèi)。

（3）建議利用大修機(jī)會(huì)，將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子返廠、解體、檢查故障的根本原因；幵嚴(yán)格按照工藝要求，重新組裝發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，在平衡臺(tái)上對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)施精細(xì)的動(dòng)平衡及熱平衡。

[1] 寇勝利. 汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)及現(xiàn)場(chǎng)平衡[M]. 中國(guó)電力出版社, 2007, 08.

[2] 寇勝利. 汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的熱不平衡振動(dòng)[J]. 大電機(jī)技術(shù), 1998(4), 61-63.

王延博（1972-），振動(dòng)理論及應(yīng)用專業(yè)碩士，西安熱工研究院有限公司振動(dòng)技術(shù)研究所所長(zhǎng)，長(zhǎng)期從事汽輪發(fā)電機(jī)組軸系振動(dòng)故障診斷處理工作以及轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)研究，研究員。

審稿人：呂桂萍

Vibration Malfunction Diagnosis & Treatment for One 1032 MW Turbine-generator Unit

WANG Yanbo1, ZHU Xusheng2, ZHANG Zexiong2
(1. Thermal Power Research Institute, Xi’an 710032, China; 2. HUANENG Power Intl Inc. Hai-men Power plant, Shantou 515100, China)

Vibration amplitude in turbine generator rotor under load condition exceeded alarm level after coupling re-alignment. Excited current, cooling hydrogen temperature, electric load and bearing cap outside characteristics tests had been achieved in field. Test results revealed that the root cause of vibration malfunction is the thermal sensitivity in turbine-generator. Vibration amplitude in turbine generator rotor had been successfully reduced to satisfied level by compromise balance method.

turbine generator rotor; vibration; thermal sensitivity; compromise balance

TK263.1

A

1000-3983(2015)06-0032-03

2014-08-17