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      某1000MW發(fā)電機振動超標(biāo)原因分析及處理

      2014-10-21 11:12:27張春林石永鋒
      科學(xué)與技術(shù) 2014年11期
      關(guān)鍵詞:動平衡發(fā)電機組

      張春林 石永鋒

      摘要:某廠1000MW發(fā)電機在調(diào)試啟動帶負荷過程中存在振動快速爬升現(xiàn)象,在高負荷階段表現(xiàn)得尤其明顯,技術(shù)人員判斷故障原因為熱不平衡以及動靜碰摩,因轉(zhuǎn)子熱彎曲量過大,在三次動平衡處理未果后,發(fā)電機進行抽轉(zhuǎn)子檢查,最終通過檢修手段,對密封瓦、軸瓦以及轉(zhuǎn)子與鐵芯間隙進行了調(diào)整,機組振動值達到合格范圍。該機組的振動特征及處理過程具有代表性,本文給出了分析、診斷的思路和處理過程,可以為類似故障的治理提供借鑒。

      關(guān)鍵詞:發(fā)電機組;動平衡;動靜摩擦

      前 言

      某廠#2汽輪機是上海汽輪機有限公司和德國西門子公司聯(lián)合設(shè)計制造的超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、八級回?zé)岢槠?、反動式汽輪機N1000-26.25/600/600,機組設(shè)計額定輸出功率為1000MW。發(fā)電機由上海電機廠設(shè)計制造,型號為THDF-125/67,水氫氫冷卻,無刷勵磁,勵磁機型號為ELR-70/90-30/6-20N。汽輪機為五支撐,發(fā)電機為三支撐,整個軸系由8只落地式徑向軸承支撐。軸系支承見圖1。

      圖1 #2機組軸系結(jié)構(gòu)

      1 機組振動情況介紹

      #2機組于2013年9月11日18:00進行第一次調(diào)試啟動,順利到達3000r/min,在定速過程中因為振動大打閘停機;第二次沖轉(zhuǎn),機組順利定速,并網(wǎng)帶低負荷,振動情況良好;9月16日機組消缺后再次啟動,并網(wǎng)帶800MW負荷后7瓦軸振動快速爬升,最高到239?m。

      1.1 第一次啟動

      #2汽輪發(fā)電機組首次啟動,低轉(zhuǎn)速下各軸頸原始偏擺較小,表明軸頸光潔度良好,對輪連接狀態(tài)正常,轉(zhuǎn)子不存在熱彎曲。

      22:27,機組首次3000rpm時發(fā)電機振動見表1。圖2為發(fā)電機各軸振波特圖。經(jīng)分析,認(rèn)為發(fā)電機轉(zhuǎn)子在定速時出現(xiàn)動靜摩擦,初步判斷摩擦部位為近#6瓦處的油檔和密封瓦。決定低速盤車,待轉(zhuǎn)子熱彎曲消失后再次沖轉(zhuǎn)。

      表1 #2發(fā)電機首次3000r/min振動(一倍頻幅值/一倍頻相位/通頻幅值)

      6號軸承

      (?m/?/?m) 7號軸承

      (?m/?/?m) 8號軸承

      (?m/?/?m)

      X方向軸振 71/228/86 36/60/58 9/99/14

      Y方向軸振 47/351/66 31/214/60 22/259/33

      圖2 #2機組發(fā)電機軸振升降速波特圖

      1.2 第二次啟動

      機組第二次啟動,9月13日0:25,3000rpm定速振動良好。5:04各項試驗結(jié)束后發(fā)電機軸系振動如表2所示。9月13日~9月16日,由于其他缺陷,機組400MW以下負荷運行,發(fā)電機軸系振動基本穩(wěn)定,處于良好水平。

      表2 #2發(fā)電機3000r/min振動(一倍頻幅值/一倍頻相位/通頻幅值)

      6號軸承

      (?m/?/?m) 7號軸承

      (?m/?/?m) 8號軸承

      (?m/?/?m)

      X方向軸振 21/94/51 73/81/84 13/109/18

      Y方向軸振 9/176/31 44/235/68 24/296/32

      瓦蓋振動 <5 <5 <5

      1.3 高負荷運行情況

      9月17日1:58,表3為發(fā)電機剛到800MW振動數(shù)據(jù),800MW運行一段時間后,#7瓦軸振出現(xiàn)快速爬升,主要是工頻成分增加,同時#6、#7瓦軸振也隨之不同程度增加,分析主要原因為動靜摩擦。將密封油溫從41℃提高到50℃,#7瓦軸振并未恢復(fù),持續(xù)爬升到239μm。采取降負荷措施后軸振才開始逐漸降低,但未回復(fù)至原有狀態(tài)。由于系統(tǒng)其他缺陷,機組停運。

      表3 #2發(fā)電機800MW振動(一倍頻幅值/一倍頻相位/通頻幅值)

      6號軸承

      (?m/?/?m) 7號軸承

      (?m/?/?m) 8號軸承

      (?m/?/?m)

      X方向軸振 51/113/72 88/76/134 19/110/26

      Y方向軸振 25/209/46 48/232/112 30/283/39

      瓦蓋振動 <5 <5 <5

      2 振動原因分析與處理

      發(fā)電機轉(zhuǎn)子3000r/min定速以及低負荷運行時振動情況良好,說明轉(zhuǎn)子原始質(zhì)量不平衡是好的。發(fā)電機轉(zhuǎn)子初次定速時振動出現(xiàn)快速爬升,從振動頻譜成分、爬升的速率以及升降速波特曲線的對比分析,判斷發(fā)電機轉(zhuǎn)子發(fā)生了動靜摩擦,使得轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲。機組帶負荷過程中,800MW以前振動隨負荷增大緩慢爬升,重復(fù)性較好,判斷轉(zhuǎn)子發(fā)生了穩(wěn)定性熱彎曲,這種熱彎曲可能來源于轉(zhuǎn)子材質(zhì)、聯(lián)軸器、以及電氣等原因,在現(xiàn)場常通過動平衡解決。800MW運行一段時間后,振動較快爬升,判斷轉(zhuǎn)子發(fā)生了動靜摩擦,發(fā)電機摩擦一般發(fā)生在油擋、密封瓦等部位。

      在處理系統(tǒng)缺陷過程中,決定對#7瓦振動進行處理,主要基于發(fā)電機存在的兩點故障:動靜碰摩和轉(zhuǎn)子熱不平衡。當(dāng)時決定不對發(fā)電機進行擴大檢查,在運行方式上將密封環(huán)油流量從0.25L/h降低至0.18L/h,提高密封油溫緩解密封瓦碰摩;同時,進行動平衡處理,降低機組熱不平衡量。

      2.1 第一次動平衡

      第一次加重在勵發(fā)對輪加重530g,加重角度310°。

      9月21日機組啟動,19:05,3000rpm定速,發(fā)電機振動數(shù)據(jù)見表4。并網(wǎng)帶負荷,#7瓦軸振隨負荷上升逐漸爬升,以一倍頻變化為主,特別是500MW以上爬升速度加快,負荷穩(wěn)定后振動也能維持穩(wěn)定,到900MW負荷時#7瓦軸振爬升至240μm(通頻)。#6、#8瓦軸振趨勢與#7瓦相同。

      第一次動平衡處理與預(yù)期偏差較大,分析可能原因是發(fā)電機轉(zhuǎn)子動靜摩擦沒有消除(圖3)。

      表4 #2發(fā)電機3000r/min振動(一倍頻幅值/一倍頻相位/通頻幅值)

      6號軸承

      (?m/?/?m) 7號軸承

      (?m/?/?m) 8號軸承

      (?m/?/?m)

      X方向軸振 49/246/62 58/198/76 33/208/37

      Y方向軸振 24/29/41 29/297/59 29/311/36

      圖3 #2發(fā)電機第一次動平衡后軸振趨勢圖(并網(wǎng)-900MW-解列)

      2.2 第二次動平衡

      利用機組停機消缺機會,對發(fā)電機轉(zhuǎn)子進行第二次動平衡調(diào)整,加重位置依然在勵發(fā)對輪,將第一次平衡塊調(diào)整為300g/25?。

      9月23日機組啟動,10:48,3000rpm定速,發(fā)電機振動數(shù)據(jù)如表5。機組帶負荷到1000MW時,#7瓦軸振爬升至270μm(通頻),工頻振動分量230μm。趨勢圖如圖4.

      表5 #2發(fā)電機3000r/min振動(一倍頻幅值/一倍頻相位/通頻幅值)

      6號軸承

      (?m/?/?m) 7號軸承

      (?m/?/?m) 8號軸承

      (?m/?/?m)

      X方向軸振 44/229/64 72/4/83 18/357/22

      Y方向軸振 22/27/42 31/168/56 12/214/22

      圖3 #2發(fā)電機第二次動平衡后軸振趨勢圖(并網(wǎng)-1000MW-解列)

      第二次動平衡調(diào)整后#7瓦振動仍然與預(yù)期偏差較大,#7瓦振動在帶負荷過程中依然出現(xiàn)大幅爬升,發(fā)電子轉(zhuǎn)子動靜碰摩依然沒有消除。在試圖運行中摩開間隙的同時,繼續(xù)進行第三次動平衡處理。

      2.3 第三次動平衡

      轉(zhuǎn)子熱不平衡如此之大,如需徹查,需抽轉(zhuǎn)子,經(jīng)與上海發(fā)電機廠確認(rèn)后,再次進行平衡配重嘗試,該次配重主要是想控制滿負荷階段發(fā)電機6、7瓦的軸振水平。第三次加重將平衡塊調(diào)整為385g/25?。

      經(jīng)第三次配重,滿負荷運行#7瓦軸振基本穩(wěn)定在200μm。

      3 抽轉(zhuǎn)子檢查及處理

      經(jīng)過三次動平衡嘗試后,#2發(fā)電機振動有所較小,但依然很大,這主要源于發(fā)電機轉(zhuǎn)子熱不平衡較大以及高負荷階段發(fā)生的動靜摩擦。穩(wěn)定的熱不平衡量在現(xiàn)場一般可以通過現(xiàn)場的平衡的方法解決,但是由于高負荷段動靜摩擦的影響,這臺機組三次動平衡均收效甚微。汽機部位的摩擦常采用堅持運行現(xiàn)場摩開的方法,但是發(fā)電機密封瓦部位的碰摩與汽機汽封部位的碰摩不同,很難磨開,#2發(fā)電機帶負荷過程證明了這點。

      為了機組安全穩(wěn)定運行,決定對#2發(fā)電機進行抽轉(zhuǎn)子檢查,進一步查找發(fā)電機轉(zhuǎn)子熱不平衡量以及動靜摩擦的原因。

      發(fā)電機轉(zhuǎn)子交流阻抗試驗和極平衡試驗:數(shù)據(jù)反映狀態(tài)良好,排除了發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間短路的可能。發(fā)電機轉(zhuǎn)子還進行了通風(fēng)試驗:該試驗在靜態(tài)狀態(tài)下,只能檢測和評估通風(fēng)孔是否通暢,各孔通風(fēng)量的大小因檢測手段的限制無法定量評估,試驗初步排除了通風(fēng)道堵塞是機組振動主要原因的可能。

      檢修還對軸系對中情況進行復(fù)查調(diào)整:復(fù)查數(shù)據(jù)反映汽發(fā)對輪中心略有上張口(0.08mm),復(fù)裝時按要求調(diào)整為下張口(0.01mm),勵發(fā)對輪復(fù)裝時下張口控制在0.15mm。

      汽、勵端密封瓦本身的尺寸數(shù)據(jù)、橢圓度、平直度,均符合要求。復(fù)查時發(fā)現(xiàn)密封瓦座合縫處有0.08mm左右的錯位現(xiàn)象,汽、勵端密封瓦支座的內(nèi)擋迷宮密封與轉(zhuǎn)軸有明顯摩痕,勵端密封瓦內(nèi)圓及平面均有碰摩痕跡,尤其是平面摩痕較為明顯。密封瓦座合縫錯位,使得密封瓦軸向間隙變小,使得密封瓦活動受阻,極易導(dǎo)致密封瓦與轉(zhuǎn)子碰磨。

      復(fù)裝前對迷宮銅條進行了修刮去翻邊處理,同時按圖紙要求控制了間隙,消除了錯位現(xiàn)象。

      #6和#7軸瓦檢查發(fā)現(xiàn)球面接觸狀態(tài)較差。#6瓦呈線接觸,接觸面積嚴(yán)重不足;#7瓦接觸角范圍小于90°,兩側(cè)接近水平方向范圍無接觸。通過現(xiàn)場研摩,發(fā)電機兩瓦最終達到了接觸角大于120°,接觸面積大于80%,接觸點分布均勻的配合要求。

      轉(zhuǎn)子與鐵芯氣隙隔板與轉(zhuǎn)子勵端護環(huán)外圓有明顯摩痕,護環(huán)外圓60°弧度范圍碰摩痕跡锃亮,有略顯過熱現(xiàn)象,氣隙隔板內(nèi)圓上1~3點位置摩痕嚴(yán)重發(fā)黑。復(fù)裝時嚴(yán)格控制了該配合間隙。檢修中保留了之前加重平衡塊。

      4 處理結(jié)果

      檢修工作完成后,機組沖轉(zhuǎn),振動正常,順利定速。并網(wǎng)前發(fā)電機進行電氣試驗,勵磁電流加到2000A左右,發(fā)電機6、7瓦軸振基本穩(wěn)定,該狀態(tài)與處理前電氣試驗階段6、7瓦振動明顯爬升相比,有了明顯好轉(zhuǎn)。

      發(fā)電機并網(wǎng)及后續(xù)升負荷過程中,6、7瓦軸振,尤其是7瓦軸振,其振幅和相位基本保持穩(wěn)定。1000MW運行時,各瓦的軸振均低于50μm(DCS值,單峰)。

      5 結(jié)語

      (1)#2發(fā)電機高負荷振動快速爬升的根本原因是動靜碰摩,發(fā)生部位是密封瓦以及護環(huán)隔板,軸瓦支撐情況較差也對振動的發(fā)生有較大影響。

      (2)近年來,隨著節(jié)能改造的進行,汽機各部位汽封間隙控制得較小,汽機在大修后啟動過程中常出現(xiàn)動靜碰摩故障,汽機部位的碰摩通過多啟動幾次或帶負荷運行,一般都能夠摩開間隙,振動趨于穩(wěn)定。發(fā)電機的碰摩的發(fā)生比汽機要少得多,常發(fā)生于油擋、密封瓦 和護環(huán)等部位,有一些很難摩開,因此在檢修過程中要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。

      參考文獻

      [1] 陸頌元.汽輪發(fā)電機振動[M].北京:中國電力出版社,2000.

      [2] 陸頌元. 大型汽輪發(fā)電機組高效動平衡的策略和技巧[J]. 汽輪機技術(shù),Vol.35,2002(3):1-5.

      [3] 陸頌元. 大型機組動靜碰磨的振動特征及現(xiàn)場應(yīng)急處理方法[J]. 中國電力,Vol36,2003(1):6-11.

      作者簡介,

      張春林(1973-),男,江蘇常州人,高級工程師,從事發(fā)電廠電氣方面工作

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