崇信電廠2×660MW給水泵組變頻改造及振動(dòng)故障處理

徐曉峰， 田進(jìn)德， 賀博， 李金穎

（1.中國電建集團(tuán)上海能源裝備有限公司，上海201316；2.中國水利水電第四工程局有限公司，西寧810007）

0 引言

給水泵組作為火力發(fā)電廠主要輔機(jī)，其運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性直接關(guān)系到機(jī)組能否安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。隨著火力發(fā)電機(jī)組容量的增加，給水泵組功率增加明顯，對(duì)給水泵組進(jìn)行節(jié)能改造可降低廠用電。對(duì)于負(fù)荷多變的電廠，其給水泵在偏離額定工況運(yùn)行時(shí)效率降低，增加了能耗，因此對(duì)其給水泵組進(jìn)行優(yōu)化改造后的節(jié)電效果更為明顯[1]。振動(dòng)作為一種復(fù)雜的物理現(xiàn)象，在不同領(lǐng)域有利有弊。在旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備中，振動(dòng)會(huì)降低設(shè)備可靠性及使用壽命，嚴(yán)重情況下造成設(shè)備損壞。給水泵作為典型的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，振動(dòng)作為衡量其穩(wěn)定運(yùn)行的重要指標(biāo)，往往需在泵組中設(shè)置振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀況。

本文主要介紹崇信電廠2×660 MW給水泵組變頻改造及2號(hào)機(jī)A給水泵振動(dòng)故障處理，可為相似機(jī)組改造及故障處理提供參考。

1 給水泵組配置

崇信電廠2×660 MW超臨界機(jī)組采用直接空冷、雙缸雙排氣技術(shù)，給水泵組采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式，布置在汽機(jī)房0 m層，除氧器布置在14.7 m層。

1.1 改造前泵組配置

改造前機(jī)組采用3×35%容量電動(dòng)給水泵組，每臺(tái)泵組采用同軸布置，電動(dòng)機(jī)通過副軸伸端驅(qū)動(dòng)前置泵，通過主軸伸端驅(qū)動(dòng)偶合器帶動(dòng)給水泵。改造前機(jī)組采用沈陽水泵廠MDG346給水泵，YNKn400/300J前置泵，液力偶合器采用日本荏原GCH104A1-54D。

1.2 改造后泵組配置

改造后機(jī)組保留1臺(tái)35%容量的電動(dòng)給水泵組做為啟動(dòng)備用泵組，同時(shí)在原有臺(tái)位上布置2臺(tái)50%容量的給水泵組，每臺(tái)泵組其前置泵由定速電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，給水泵通過2級(jí)高壓電動(dòng)機(jī)變頻電動(dòng)機(jī)加齒輪箱增速驅(qū)動(dòng)。新配50%容量給水泵的電動(dòng)機(jī)，采用高壓變頻器一拖一的控制方式。改造后機(jī)組采用上海能源裝備有限公司的HPT300-340M給水泵，HZB253-640前置泵，齒輪箱采用德國亨舍爾HTG540。拆除偶合器工作油及潤(rùn)滑油冷卻器，在其位置上布置XYZ-580型稀油站對(duì)給水泵及電動(dòng)機(jī)進(jìn)行潤(rùn)滑，同時(shí)為增加給水泵組的安全可靠性，在高位布置事故油箱，保證給水泵組在稀油站失電情況下能安全平穩(wěn)停機(jī)。

2 變頻改造前后節(jié)電效果

針對(duì)電廠實(shí)際運(yùn)行情況，選取660 MW、600 MW、530 MW、450 MW、400 MW及最低負(fù)荷工況等典型負(fù)荷工況進(jìn)行節(jié)電分析。如表1所示，經(jīng)過變頻改造后在不同負(fù)荷工況下，均有較好的節(jié)電效果，且在低負(fù)荷工況下，節(jié)電效果更明顯，當(dāng)負(fù)荷低于450 MW，其節(jié)電效果超過50%。出現(xiàn)這種原因主要與偶合器的運(yùn)行特性曲線有關(guān)。偶合器在額定轉(zhuǎn)速及功率下其效率較高約為95%～96%，但隨著轉(zhuǎn)速降低，其效率降低，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低到額定轉(zhuǎn)速的75%以下時(shí)效率陡降。

由于無660 MW、600 MW、530 MW、450 MW、400 MW等工況的詳細(xì)的年運(yùn)行小時(shí)分配數(shù)，所以按機(jī)組年運(yùn)行4000 h、平均400 MW負(fù)荷、上網(wǎng)電價(jià)0.33元/（kW·h）估算，單臺(tái)機(jī)組改造每年可為電廠節(jié)約廠用電2900萬kW·h，節(jié)省電費(fèi)957萬余元。

3 給水泵振動(dòng)故障排查方案

給水泵振動(dòng)的根源是轉(zhuǎn)子的振動(dòng)，轉(zhuǎn)子的振動(dòng)包括轉(zhuǎn)軸和軸承的振動(dòng)。通過監(jiān)測(cè)軸振及軸承振動(dòng)均可以反映泵組運(yùn)行情況。該項(xiàng)目采用渦流傳感器對(duì)軸振幅進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

表1 變頻改造前后機(jī)組節(jié)電參數(shù)對(duì)比

3．1 給水泵振動(dòng)情況

在完成崇信電廠2×660 MW機(jī)組4臺(tái)給水泵組變頻改造施工后，分別對(duì)4臺(tái)給水泵組進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試分為單調(diào)和聯(lián)調(diào)，首先分別對(duì)變頻器、電動(dòng)機(jī)進(jìn)行單獨(dú)調(diào)試；其次電動(dòng)機(jī)帶齒輪箱聯(lián)調(diào)；最后，電動(dòng)機(jī)帶齒輪箱和給水泵聯(lián)調(diào)。

調(diào)試過程中1號(hào)機(jī)A、B給水泵及2號(hào)機(jī)B給水泵均運(yùn)行正常。2號(hào)機(jī)A給水泵，電動(dòng)機(jī)單調(diào)，運(yùn)行參數(shù)正常；電動(dòng)機(jī)帶齒輪箱聯(lián)調(diào)，齒輪箱、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)正常；電動(dòng)機(jī)帶齒輪箱和給水泵聯(lián)調(diào)，給水泵軸振超過100 μm報(bào)警值，達(dá)到125 μm停機(jī)。

3．2 給水泵振動(dòng)故障排查

造成給2號(hào)機(jī)A給水泵軸振超標(biāo)原因較多，需依據(jù)排查的難易程度一一排查處理，其排查處理步驟如下：1）振動(dòng)測(cè)量設(shè)備及線路故障——排查振動(dòng)測(cè)量裝置及系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)；2）潤(rùn)滑系統(tǒng)問題——檢查潤(rùn)滑油油壓、油量、油質(zhì)；3）轉(zhuǎn)子對(duì)中問題——排查聯(lián)軸器對(duì)中情況、基礎(chǔ)安裝；4）軸承安裝問題——排查傳動(dòng)端、自由端徑向軸承、推力軸承安裝情況；5）整個(gè)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡問題——采用外界動(dòng)平衡系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算轉(zhuǎn)子不平衡量并作平衡。

按照上述步驟1）～步驟5）進(jìn)行處理，確認(rèn)了2號(hào)機(jī)A給水泵振動(dòng)是整個(gè)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡問題引起的，需進(jìn)行進(jìn)一步處理。

4 給水泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡

4．1 測(cè)點(diǎn)布置

2號(hào)機(jī)A給水泵振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在給水泵兩側(cè)（采用X、Y向布置，共4點(diǎn)，具體布置方式如圖1所示），現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡過程以此4點(diǎn)軸振振幅為評(píng)判依據(jù)。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡測(cè)點(diǎn)布置圖

振動(dòng)測(cè)量傳感器借用安裝于給水泵兩側(cè)的軸振傳感器，鍵相信號(hào)取自自行安裝的光電傳感器，采用Bodev BD8000設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量及分析。

4.2 振動(dòng)測(cè)量及分析

2號(hào)機(jī)A給水泵額定轉(zhuǎn)速5827 r/min，考慮調(diào)試階段現(xiàn)場(chǎng)情況，給水需通過小流量回路進(jìn)入除氧器，故給水泵轉(zhuǎn)速不能大于5000 r/min。同時(shí)依據(jù)1號(hào)機(jī)A、B實(shí)際運(yùn)行情況，當(dāng)給水泵轉(zhuǎn)速大于3000 r/min，軸振增加趨于平緩。故給水泵轉(zhuǎn)速測(cè)量取0～5000 r/min，平衡前機(jī)組升速過程軸振振幅數(shù)據(jù)見表2。

表2 平衡前軸振振幅 μm

對(duì)于旋轉(zhuǎn)設(shè)備，轉(zhuǎn)速小于500 r/min軸振顯示值為偏擺值，高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生真實(shí)振動(dòng)時(shí)，偏擺值會(huì)迭加到振動(dòng)值中。2號(hào)機(jī)A給水泵500 r/min以下，轉(zhuǎn)子兩側(cè)軸承偏擺值超標(biāo)，偏擺值以一倍頻為主，產(chǎn)生一倍頻偏擺值的原因有：1）轉(zhuǎn)子晃度大；2）測(cè)量軸徑表面同心度差[2-4]。偏擺值在機(jī)組高轉(zhuǎn)速時(shí)，迭加在真實(shí)振動(dòng)值中，通過計(jì)算，該機(jī)組2號(hào)軸承5000 r/min時(shí)真實(shí)振動(dòng)值超過90 μm。真實(shí)振動(dòng)由轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起?，F(xiàn)場(chǎng)消除偏擺值難度較大，偏擺值為虛假振動(dòng)值，可在機(jī)組運(yùn)行時(shí)從振動(dòng)顯示值中直接扣除。偏擺值超標(biāo)不影響機(jī)組安全運(yùn)行。真實(shí)振動(dòng)值由轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起，需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡處理。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡

依據(jù)上述測(cè)量及分析，對(duì)2號(hào)機(jī)A給水泵進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡，平衡加重位置選在給水泵與齒輪箱聯(lián)軸器給水泵側(cè)。經(jīng)過2次試加重之后，最終加重重量為160 g，加重方案為如圖2所示。

圖2 加重示意圖

加重平衡后開機(jī)，升速過程2號(hào)機(jī)組A給水泵兩端軸振得到明顯改善，各軸承真實(shí)振動(dòng)均達(dá)到良好水平。平衡后升速過程軸振數(shù)據(jù)見表3。

表3 平衡后軸振數(shù)據(jù) μm

5 結(jié)論

對(duì)崇信電廠2×660 MW給水泵組進(jìn)行變頻改造，經(jīng)過改造后機(jī)組節(jié)電效果明顯，2臺(tái)機(jī)組每年可節(jié)電5800萬kW·h，節(jié)省電費(fèi)約2000萬元，具有可觀的效益，改造費(fèi)用可在5 a內(nèi)收回。對(duì)于同類型機(jī)組的節(jié)能改造具有一定的參考價(jià)值；同時(shí)對(duì)于2號(hào)機(jī)A給水泵的振動(dòng)超標(biāo)問題，采用合理的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡方法可有效降低機(jī)組振動(dòng)，保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)于電動(dòng)給水泵的振動(dòng)處理有一定的借鑒意義。

[參 考 文 獻(xiàn)]

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