朱小東1， 張 剛1， 趙 飛2， 溫文光3

汽輪發(fā)電機組振動大，將直接影響到機組的安全運行[1]。某200 MW汽輪發(fā)電機組于2006年投產(chǎn)，近年來機組運行中出現(xiàn)發(fā)電機6、7瓦振動異常升高的故障，振動頻率主要以50Hz工頻振動為主，6Y軸振幅值在107μm至145μm之間波動。伴隨著發(fā)電機軸振升高，出現(xiàn)了發(fā)電機6瓦處密封瓦損壞嚴重，發(fā)電機漏氫量急劇增加，嚴重威脅機組運行安全。通過跟蹤對比發(fā)電機軸瓦振動的變化，制定了相關試驗方案并實施，在分析運行及試驗數(shù)據(jù)的基礎上，對發(fā)電機軸瓦振動大故障進行了診斷，并進行了相應的處理，汽輪發(fā)電機軸系振動處于良好狀態(tài)，發(fā)電機氫氣系統(tǒng)運行正常，對汽輪發(fā)電機組類似振動故障、氫氣系統(tǒng)故障的分析及處理具有借鑒意義。[汽機監(jiān)督]

1 汽輪發(fā)電機組簡介

某200MW汽輪機為單軸、三缸雙排汽、中間再熱、間接空冷凝式汽輪機，型號為：NJK200-12.7MPa/535℃/535℃，由一個高壓缸、一個中壓缸、一個低壓缸組成。汽輪機高中壓缸為合缸結(jié)構(gòu)，兩個低壓缸均為雙流反向布置并采用落地軸承座。汽輪發(fā)電機組軸系中除1號軸承采用可傾瓦式軸承，2號軸承為推力支持聯(lián)合橢圓軸承，其余均采用橢圓形軸承。

配套發(fā)電機型號為QFSN3-200-2型汽輪發(fā)電機，采用自并勵磁系統(tǒng)為發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組供勵磁電流。發(fā)電機采用定子繞組水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷，定子鐵芯及其它部件氫氣表面冷卻的“水-氫-氫”冷卻方式。發(fā)電機內(nèi)部為密閉式循環(huán)通風結(jié)構(gòu)，氫氣由發(fā)電機兩端的四角冷卻器進行冷卻。

該發(fā)電機采用雙流環(huán)密封油系統(tǒng)，密封油系統(tǒng)由空側(cè)和氫側(cè)兩個各自獨立又互有聯(lián)系的的油路組成，空側(cè)和氫側(cè)密封油同時向發(fā)電機兩端的雙流環(huán)式密封瓦供油，空側(cè)和氫側(cè)密封油通過兩端的平衡閥保持油壓相等，空側(cè)密封油和氫氣通過主差壓閥維持兩者差壓穩(wěn)定。

汽輪機發(fā)電機組軸系各軸承支撐情況及連接如圖1所示。

2 振動及漏氫現(xiàn)象描述

該機組在2015年大修之后，發(fā)電機6、7瓦振動升高，2016年5月發(fā)電機6、7瓦通頻振動情況見表1。由表1可以看出，機組在大負荷階段、勵磁電流較大的情況下，總會出現(xiàn)發(fā)電機6瓦振動增大、7瓦振動基本保持不變的現(xiàn)象，6X軸振熱變量達到51μm；負荷變化過程中，發(fā)電機6、7瓦軸振主要是1倍頻為主，并且相位比較穩(wěn)定；當機組負荷、勵磁電流降低之后，發(fā)電機6瓦振動也會隨之降低，振動狀態(tài)基本能夠回到之前的基本狀態(tài)。[汽機監(jiān)督]

伴隨著發(fā)電機6瓦振動變大，發(fā)電機氫氣純度下降，補氫量增加，具體現(xiàn)象如下：該機組氫氣純度維持在96%以上較為困難，每天補氫量100m3左右，計算漏氫量8.14m3/d，氫氣濕度偶爾有超標現(xiàn)象；汽端氫側(cè)、空側(cè)密封油平衡閥差壓表擺動較大，擺動范圍-100Pa-+100Pa；發(fā)電機存在進油現(xiàn)象，發(fā)電機底部排污管排油量達到500ml/d。

表1 發(fā)電機6、7瓦的通頻振動數(shù)據(jù)

3 發(fā)電機在線振動試驗

圖1 汽輪發(fā)電機組軸系結(jié)構(gòu)圖

為了進一步分析發(fā)電機振動的原因及振動特性，2016年7月12日，對該機組進行了軸系振動試驗。試驗過程中，維持機組有功、氫氣溫度、氫氣壓力不變，通過調(diào)整發(fā)電機無功，改變轉(zhuǎn)子電流，收集軸系振動及發(fā)電機相關運行數(shù)據(jù)。試驗結(jié)果見表2、表3、表4。[汽機監(jiān)督]

試驗結(jié)果表明：當發(fā)電機勵磁電流增加，6瓦振動升高；當發(fā)電機勵磁電流降低，6瓦振動下降。發(fā)電機6瓦振動與勵磁電流具有明顯相關性。

由于氫氣溫度不具備試驗條件（氫溫達到了43℃，且冷卻水門已全開，無調(diào)整余地），現(xiàn)場未進行氫溫變化試驗。通過查看機組的歷史運行曲線，密封油溫度、定冷水溫度變化對軸系振動沒有明顯影響。[汽機監(jiān)督]

4 發(fā)電機振動故障診斷

查看6瓦、7瓦軸振相位基本穩(wěn)定，現(xiàn)場軸瓦處未聽受阻，而其他轉(zhuǎn)子線圈膨脹正常，就會導致發(fā)電機轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲，即發(fā)電機轉(zhuǎn)子線圈不對稱膨脹引起熱不平衡 ，發(fā)電機軸瓦振動增大。這種故障引起振動與勵磁電流也有相關性，暫時不能排除。

表2 軸系振動試驗相關數(shù)據(jù)記錄

表3 試驗過程中發(fā)電機瓦振動情況

表4 試驗過程中發(fā)電機氫氣溫度情況

（3）發(fā)電機冷卻系統(tǒng)存在故障

從試驗結(jié)果來看，發(fā)電機內(nèi)部冷卻系統(tǒng)存在故障可能性較大。本發(fā)電機2、4、6、8風區(qū)為冷卻氫氣入口溫度，3、5、7、9風區(qū)為冷卻氫氣出口溫度。由表4看出，1風區(qū)溫度明顯偏高，經(jīng)熱工人員檢查為熱工測點故障；發(fā)電機各風區(qū)氫氣溫度分布不均，多個相鄰風區(qū)（4、5風區(qū)和6、7風區(qū)）進、出口風溫沒有溫升。發(fā)電機轉(zhuǎn)子冷卻風道局部堵塞或者匝間絕緣移位會引起通風不暢，導致截面出現(xiàn)溫度不對稱，發(fā)電機轉(zhuǎn)子熱彎曲，振動增大[4-5]。

綜合以上分析，對機組發(fā)電機振動增大的故障診斷如下：本發(fā)電機熱敏性現(xiàn)象明顯，軸瓦振動跟隨機組有功正向變化，造成這種故障的原因主要為高負荷發(fā)電機轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲。發(fā)電機轉(zhuǎn)子熱彎曲的原因可能為：轉(zhuǎn)子冷卻不對稱、發(fā)電機內(nèi)摩擦效應。見異常摩擦聲音，查看上次6瓦、7瓦密封瓦更換記錄，安裝尺寸、間隙符合規(guī)程要求，可以排除油擋碰磨的可能。

2號機組啟動定速3000rpm時候，6X軸振107μm。隨著發(fā)電機負荷升高，6瓦振動不穩(wěn)定，呈現(xiàn)爬升狀態(tài)。200MW時候，6X軸振158μm，熱變量達到51μm。引起發(fā)電機熱敏性的影響因素很多，包括轉(zhuǎn)子冷卻不對稱、發(fā)電機轉(zhuǎn)子線圈匝間短路、發(fā)電機內(nèi)摩擦效應等[2-3]。

（1）發(fā)電機轉(zhuǎn)子線圈匝間短路

2號機組轉(zhuǎn)子線圈匝間短路監(jiān)測裝置未安裝，所以無法確認機組是否發(fā)生了匝間短路。但對比同廠同類型的3號機組運行情況，在相同有功，相同無功條件下，2號機組勵磁電流沒有明顯增大，不具備匝間短路的現(xiàn)象，所以可以排除此故障。

（2）發(fā)電機內(nèi)摩擦效應

如果發(fā)電機轉(zhuǎn)子槽楔裝配，間隔墊塊安裝工藝，護環(huán)、芯環(huán)裝配工藝不良，在勵磁電流增加的過程中，發(fā)電機轉(zhuǎn)子線圈受熱膨脹，會導致一部分轉(zhuǎn)子線圈膨脹.[汽機監(jiān)督]

5 氫氣純度低故障診斷

針對發(fā)電機氫氣純度低的問題，現(xiàn)場開展如下檢查：

（1）現(xiàn)場檢查發(fā)電機與壓縮空氣管路、二氧化碳管路已可靠隔離。

（2）現(xiàn)場檢查2號機組氫側(cè)密封油箱補油管路溫度較高，氫側(cè)密封油箱正常排油管路及氫側(cè)密封油快排管路溫度與環(huán)境溫度一致。

（3）嘗試將關閉2號機組氫側(cè)密封油箱補油閥之后，氫側(cè)密封油箱油位快速下降，證明密封油回油量少。

（4）現(xiàn)場檢查氫側(cè)密封油箱油位跟蹤良好，排除浮球故障可能。

（5）將氫側(cè)密封油快排閥開關多次，排除閥門有內(nèi)漏可能。

根據(jù)機組情況，結(jié)合現(xiàn)場檢查情況分析，發(fā)電機氫氣純度低的最有可能的原因為：由于發(fā)電機軸振大，發(fā)電機密封瓦損壞嚴重，發(fā)電機密封油串入發(fā)電機內(nèi)部，造成發(fā)電機內(nèi)部氫氣受到污染，純度下降。[汽機監(jiān)督]

6 故障處理

由于現(xiàn)場并不具備發(fā)電機解體或返廠檢修的條件，而且機組軸系振動的幅值、相位情況基本穩(wěn)定，所以，在現(xiàn)場具備的條件下，以高速動平衡來補償發(fā)電機熱彎曲。

經(jīng)過動平衡計算，最終在發(fā)電機轉(zhuǎn)子末端7瓦滑環(huán)處燕尾槽加平衡重量757g∠234°。軸系動平衡前后振動情況見表5。機轉(zhuǎn)子軸頸部位進行了修復，啟動后發(fā)電機氫氣系統(tǒng)運行正常，氫氣純度合格。

7 結(jié)語

（1）通過現(xiàn)場對發(fā)電機氫氣和密封油系統(tǒng)進行檢查，并開展發(fā)電機軸系在線振動試驗，查找到了本機組發(fā)電機氫氣純度低以及發(fā)電機軸振升高的原因。

（2）通過現(xiàn)場進行發(fā)電機轉(zhuǎn)子高速動平衡，發(fā)電機轉(zhuǎn)子的熱彎曲狀態(tài)得到改善，軸系振動處于良好狀態(tài)，同時對6瓦軸頸進行修復，更換6、7號密封瓦，發(fā)電機氫氣純度恢復正常，達到預期的效果。[汽機監(jiān)督]

表5 發(fā)電機轉(zhuǎn)子動平衡前、后振動對比

從動平衡的結(jié)果來看，發(fā)電機軸振得到了有效降低，各瓦振動值在優(yōu)秀范圍以內(nèi)。同時，在機組停運期間，對損壞的發(fā)電機密封瓦進行了更換，對磨損的發(fā)電