4號發(fā)電機七瓦振動原因分析及診斷

摘 要：本文主要以XX公司生產(chǎn)的600MW汽輪發(fā)電機7瓦振動的原因和診斷方法進行了介紹和分析，結合實際的運行經(jīng)驗，就大型汽輪發(fā)電機轉子端部固定松動引起振動在的問題進行了研究和探討。

關鍵詞：發(fā)電機、振動、試驗、分析

中圖分類號：TM621文獻標識碼：A文章編號：1003-9082（2019）04-0-02

引言

xx公司4號機組于2004年9月14日投產(chǎn)，投產(chǎn)以來一直存在七瓦振動隨無功負荷增大而大幅增長的重大隱患，對機組的安全運行構成嚴重威脅。針對4號發(fā)電機七瓦振動超標缺陷，為進一步查清振動根源，消除設備隱患，通過做運行工況變化時的幾種特性試驗，確定振動原因及處理方案，公司與xx電力科學院和發(fā)電機廠家專家共同對發(fā)電機七瓦振動狀態(tài)進行試驗，通過綜合分析，確定了振動原因，提出處理意見。

一、發(fā)電機七瓦振動類別的判定

1.振動分類

按在外力產(chǎn)生振動的穩(wěn)定性可分為普通穩(wěn)定強迫振動和普通不穩(wěn)定強迫振動。

第一，普通穩(wěn)定強迫振動是振幅與機組的運行工況、運行時間無明顯關系。產(chǎn)生原因是排除軸承座連接剛度、共振因素外，是由激振力過大引起的。

第二，普通不穩(wěn)定強迫振動是振幅和相位與機組的運行工況、運行時間有明顯關系。產(chǎn)生原因是排除軸承座連接剛度、共振不穩(wěn)定因素外，原因是由激振力變化引起的。

由此判定：4號發(fā)電機軸振動是隨運行工況引起的振動故為普通不穩(wěn)定強迫振動。

第三，普通不穩(wěn)定強迫振動激振力的原因：

其一，軸系連接同心度和平直度偏差。隨運行時間和運行工況變化，軸系連接同心度和平直度的故障原因是由于聯(lián)軸器與轉軸配合緊力不足所致。

其二，不對稱電磁力。發(fā)電機線圈發(fā)生故障時，產(chǎn)生不對稱電磁力。特點是振動隨勵磁電流增大而增大，而且無時滯性。

其三，轉子不平衡力。由于轉子部件發(fā)生徑向，周向位移、轉軸裂紋、彎曲等原因，轉子平衡狀況隨運行時間、運行工況變換化而變化這是不穩(wěn)定普通強迫振動的主要激振力。診斷的要點是基頻振幅或相位隨時間機組工況而變化。故障原因是轉子不平衡狀態(tài)的變化。

轉子不穩(wěn)定不平衡可分為以下幾種：①隨機變化的不穩(wěn)定不平衡;②隨時間變化的不穩(wěn)定不平衡;③隨機組運行工況變化的不穩(wěn)定不平衡。分類為：①轉軸扭矩改變而引起的不平衡;②勵磁電流增大后產(chǎn)生的熱不平衡;③機組有功負荷增大后產(chǎn)生的熱不平衡。

由此判定：4號發(fā)電機軸振動是隨機組運行工況變化的不穩(wěn)定不平衡中的勵磁電流增大后產(chǎn)生的熱不平衡。

二、發(fā)電機七瓦振動的原理及其分析

4號發(fā)電機七瓦振動，是在增大勵磁電流的工況下，產(chǎn)生的滯后振動增大。如下圖，呈階梯狀。

曲線上1、2兩點間距離，表示在相同勵磁電流下，七瓦的振動隨時間增長而增大的數(shù)值，從圖中可以看出，由于勵磁電流增大使轉子產(chǎn)生局部的熱不平衡，從而造成轉子激振力增大所致。轉子受熱后的振動變化量稱為振動熱變量。

第一，轉子產(chǎn)生熱不平衡的原因，總的來說由于轉子上某些零件產(chǎn)生不對稱熱變形和轉子熱彎曲。發(fā)電機產(chǎn)生不對稱熱變形零件主要指端部零件，在徑向發(fā)生不對稱位移。破壞了轉子的質量平衡。解決辦法是發(fā)電機解體檢查，固定端部零件。

第二，發(fā)電機熱彎曲的幾種原因分析：①轉軸上內(nèi)應力大。屬制造遺留下的缺陷或發(fā)電機被燒，嚴重動靜摩擦和直軸后退火不徹底時遺留的缺陷;②轉軸上材質不均。轉軸在澆鑄、鍛造和熱處理過程中形成直徑方向上纖維組織不均，造成膨脹系數(shù)存在差別;③轉軸存在徑向不對稱溫差，產(chǎn)生彎曲。發(fā)電機轉子隨勵磁電流增大可導致轉子徑向不對稱溫差的原因有幾條。

第三，發(fā)電機轉子受熱不均。幾種原因分析：①轉子線圈局部短路或匝間短路。由于轉子勵磁線圈短路或匝間短路，造成轉子線圈的電阻不平衡，當線圈通上同樣勵磁電流后，轉子局部產(chǎn)生的熱量不同。故在轉子直徑方向形成溫差。造成轉子熱膨脹不均，產(chǎn)生熱不平衡;②轉子線圈和線槽之間熱阻存在差別：當轉子通上勵磁電流，線圈溫度首先升高，然后線圈和線槽之間發(fā)生直接傳導。由于其傳熱熱阻在直徑方向存在差別，熱阻小的一側轉子溫度高于熱阻大的一側，由此造成直徑方向不對稱溫差。這種熱阻是在高速下形成的;③轉子冷卻不均勻。轉子通風孔堵塞（制造和運行時都會發(fā)生）或水內(nèi)冷發(fā)電機轉子在導線內(nèi)水流不對稱?？梢允罐D子在直徑方向冷卻發(fā)生差別而形成不對稱溫差。這種不對稱溫差除隨轉子溫度升高而加大外，會隨發(fā)電機進口風溫或水量而變化。對于氫冷發(fā)電機轉子，當其通風孔堵塞時軸承振動隨氫壓的升高而降低;④轉軸軸向傳熱、直徑方向的熱阻不均勻;⑤轉軸上套裝零部件失去緊力。由于套裝零部件失去緊力，在不平衡力作用下，套裝零件一側緊貼表面，另一側稍離軸表明，形成徑向傳熱熱阻不對稱而使轉軸產(chǎn)生徑向不對稱溫差。

第四，綜合分析方法：綜合以上諸種因素后，要確定發(fā)電機轉子熱彎曲的具體原因，先進性正向推理，逐個排除，將熱彎曲的原因縮小到較小的范圍內(nèi)，然后再反向推理，對還不能排除的一些因素，結合轉子結構、機組運行和振動歷史、振動特征，必須仔細求證，必要時解體檢查懷疑的缺陷。

三、發(fā)電機七瓦振動原因試驗驗證方法及狀態(tài)分析評價

1.試驗方法：根據(jù)試驗要求將分為以下幾種狀態(tài)進行分項試驗

第一，氫溫變化，保持有功、無功不變，，有功600MW，無功120MVar，汽輪機組六瓦、七瓦、八瓦瓦溫及軸振變化規(guī)律，每一個溫度測點，穩(wěn)定1小時后測量。

第二，有功變化，保持氫溫、無功不變，氫溫調(diào)平穩(wěn)，無功120MVar，汽輪機組六瓦、七瓦、八瓦瓦溫及軸振變化規(guī)律，每一個有功范圍，穩(wěn)定20分鐘后測量。

第三，有功變化，保持氫溫、勵磁電流不變，氫溫調(diào)平穩(wěn)，勵磁電流在3200A，汽輪機組六瓦、七瓦、八瓦瓦溫及軸振變化規(guī)律，每一個有功范圍，穩(wěn)定20分鐘后測量。

第四，無功變化，保持氫溫、有功不變，氫溫調(diào)平穩(wěn)，有功600MW，汽輪機組六瓦、七瓦、八瓦瓦溫及軸振變化規(guī)律，每一個無功范圍，穩(wěn)定20分鐘后測量。

2.試驗數(shù)據(jù)

3.狀態(tài)分析評價

從2005年2月的作無功試驗數(shù)據(jù)以及3月24日、25日的試驗數(shù)據(jù)中存在以下特征;

第一，當試驗增加氫氣溫度時，7Y振動增加，但幅值不大，但從振動規(guī)律表現(xiàn)上看，轉子通風冷卻不均衡的特征不明顯。

第二，2005年2月22日以及3月24日均進行了變無功的試驗，而且均是當無功到240Mar時，7Y振動超過125um報警的上限值而停止試驗，因此無功繼續(xù)增加對振動影響到何種程度，此次試驗未能進行。影響7瓦Y向振動最為直接的因素就是機組的無功，當無功增加時，振動表現(xiàn)為有時滯的增加，在無功降低時，振動不明顯。

第三，在3月22日機組跳機降速過程中，發(fā)電機轉子了較明顯的不平衡，而當8小時后機組啟動過程發(fā)電機臨機時，振動不明顯。

第四，在無功試驗中，通過數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)影響轉子振動的時階不平衡量的改變。

第五，3月24日機組降負荷時，振動下降，表現(xiàn)為與有功和無功的改變有密切關系。

第六，3月25日進行機組有功試驗時，振動保持穩(wěn)定。

從試驗現(xiàn)象來看，影響7瓦Y向振動最為直接的因素是機組無功，這直接反映出發(fā)電機轉子的熱態(tài)不平衡的存在。發(fā)電機轉子的熱彎曲引起的不平衡是一種常見現(xiàn)象。

4.消除發(fā)電機七瓦振動的對策和方案

第一，消除發(fā)電機七瓦振動的對策：①盡可能減少發(fā)電機所帶無功;②盡早進行發(fā)電機檢修，徹底檢查。消除振動源。

第二，消除發(fā)電機七瓦振動的方案：①解體后發(fā)現(xiàn)發(fā)電機轉子勵端護環(huán)下的絕緣墊塊脫落，發(fā)電機抽轉子解體抜護環(huán)檢查;②更換發(fā)電機汽、勵兩側護環(huán)內(nèi)絕緣瓦，并做好壓緊絕緣墊塊措施。

五、結束語

通過對4號發(fā)電機七瓦軸振動分析和試驗，最終診斷發(fā)電機轉子存在熱不平衡的重大缺陷，及時停機消缺，消除發(fā)電機轉子端部松動的重大隱患，避免了設備事故。

作者簡介：張盛（1972-），男，工程師，畢業(yè)于華北電力大學，現(xiàn)任內(nèi)蒙古大唐國際托克托發(fā)電公司檢修部電氣隊隊長。