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      300 MW 機(jī)組汽輪機(jī)振動(dòng)故障診斷及處理

      2023-03-07 06:08:24劉永生
      設(shè)備管理與維修 2023年3期
      關(guān)鍵詞:基頻軸系短路

      劉永生

      (沙角A 電廠,廣東東莞 523936)

      0 引言

      某電廠300 MW 機(jī)組的配套上海N300-16.7/538/538 型亞臨界、中間再熱、單軸雙缸、兩排汽、高中壓合缸、凝汽式汽輪機(jī)[1]。機(jī)組勵(lì)/發(fā)軸系是三支撐,為上海電機(jī)廠生產(chǎn)引進(jìn)型300 MW 機(jī)組,運(yùn)行中振動(dòng)不穩(wěn)定是其通病,給機(jī)組的安全運(yùn)行造成很大困擾。

      1 2018—2020 年轉(zhuǎn)子振動(dòng)運(yùn)行平衡情況

      2018 年2 月,A 修后首次啟動(dòng),在軸系平衡過程中,汽機(jī)升速通過高中壓轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速時(shí),1#瓦相對軸振已達(dá)183 μm(基頻)。另外,單閥切換順序閥運(yùn)行時(shí),1#瓦相對軸振可由原來的98 μm 增至116 μm(通頻),增大的主要是基頻分量。

      2018 年11 月,利用機(jī)組C 修將1#瓦頂隙減小0.10 mm、以增加油膜剛度,然后通過在高中壓轉(zhuǎn)子兩側(cè)分別加重402 g∠263、785 g∠263,整流子后端面加重70 g∠225 之后,升速過程中1#、2#瓦的軸振分別降至90 μm 和48 μm(基頻),滿負(fù)荷(順序閥)運(yùn)行情況下1#瓦軸振為118 μm(通頻)。

      2019 年8 月,機(jī)組運(yùn)行中5#瓦水平振動(dòng)有增大趨勢,最大為81 μm(通頻),為消除其及負(fù)荷下1#瓦振動(dòng)大問題,2020 年4 月安排B 修。為取得軸系平衡所需的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)熱變量,B 修前測試了機(jī)組停機(jī)前的各瓦振動(dòng),300 MW 負(fù)荷下1#瓦軸振達(dá)168 μm(通頻)、5#瓦水平瓦振為55 μm(通頻)。

      2020 年5 月,B 修進(jìn)行軸系平衡后,汽輪機(jī)定速下1#、2#瓦軸振分別降至48 μm(通頻)和64 μm(通頻),5#瓦水平瓦振19 μm(通頻),其他各瓦軸振均小于90 μm(通頻),瓦振小于30 μm(通頻)。機(jī)組加帶負(fù)荷至300 MW,在發(fā)電機(jī)無功10 MVar 下,機(jī)組各瓦軸振均小于100 μm(通頻),5#瓦水平瓦振為60 μm(通頻),6#瓦的垂直和水平瓦振分別為41 μm(通頻)和43 μm(通頻),其余各瓦均小于25 μm(通頻)。

      2 2021 年轉(zhuǎn)子振動(dòng)故障處理過程

      2021 年4 月,機(jī)組C 修后首次啟動(dòng),汽輪機(jī)定速下各瓦瓦振均小于30 μm(通頻)、X 方向軸振均小于90 μm(通頻)。根據(jù)2020 年B 修前測得的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)熱變量預(yù)計(jì),帶負(fù)荷后5#瓦水平瓦振仍會(huì)超過50 μm(通頻),為此,在低/發(fā)聯(lián)軸器上加重658 g∠197 后啟動(dòng),5#瓦水平瓦振的方向已被調(diào)整到振動(dòng)熱變量的反向,幅值也達(dá)到理想效果,但4#、5#瓦垂直瓦振增大明顯。為此,在低壓轉(zhuǎn)子兩側(cè)加重379 g∠83 和379 g∠263,發(fā)電機(jī)整流子后端面加重35 g∠30,之后機(jī)組再次啟動(dòng),4#瓦垂直瓦振由之前的83 μm(通頻)下降至15 μm(通頻),但5#瓦垂直瓦振卻由50 μm(通頻)增大至66 μm(通頻),水平瓦振增至45 μm(通頻),各瓦X 方向軸振均小于90 μm(通頻),除5#瓦外,其他各瓦垂直瓦振均小于20 μm(通頻)。

      經(jīng)過軸系平衡,5#瓦水平瓦振已達(dá)到預(yù)期效果,但垂直瓦振較大,而從低/發(fā)聯(lián)軸器加重的響應(yīng)看,5#瓦垂直、水平振動(dòng)相互矛盾,已無調(diào)整余地,水平瓦振較2020 年B 修軸系平衡后已有明顯減小。同時(shí),這次發(fā)電機(jī)RSO(Repetitive Surge Oscilloscope,重復(fù)脈沖)檢測中,2020 年B 修中發(fā)現(xiàn)的一個(gè)固定短路點(diǎn)也已經(jīng)消失,即僅存一個(gè)不穩(wěn)定的匝間短路點(diǎn),綜合上述情況,決定拆除此次軸系平衡的所有加重,復(fù)測原始振動(dòng)后,為減小升速過程中6#、7#瓦的軸振,在整流子后端面加重70 g∠15。處理后汽輪機(jī)定速下各瓦軸振均小于100 μm(通頻),各瓦瓦振均小于30 μm(通頻),升速過程中,6#、7#瓦臨界轉(zhuǎn)速下X 向振動(dòng)由加重前的96 μm(基頻)、113 μm(基頻)降低至12 μm(基頻)和22 μm(基頻),機(jī)組負(fù)荷300 MW,發(fā)電機(jī)無功90 MVar 負(fù)荷下,各瓦軸振均小于90 μm(通頻)。除5#瓦水平和6#瓦垂直分別為37 μm(通頻)和40 μm(通頻)外,其他各瓦垂直、水平瓦振均小于30 μm(通頻),消振效果較為滿意。

      3 振動(dòng)故障原因診斷

      根據(jù)測試數(shù)據(jù)及檢修前振動(dòng)情況,對升速過程中6#、7#瓦軸振偏大和5#瓦帶負(fù)荷后瓦振大的故障,做出如下診斷。

      3.1 振動(dòng)性質(zhì)

      升速過程中6#、7#瓦的軸振偏大,其主要振動(dòng)分量為基頻。根據(jù)定速下5#瓦的振值和2020 年5 月B 修軸系平衡后,測得該機(jī)5#瓦的振動(dòng)熱變量預(yù)計(jì),預(yù)計(jì)帶負(fù)荷后5#瓦水平會(huì)超過50 μm(通頻),二者振動(dòng)分量都是基頻,因此從振動(dòng)性質(zhì)上判定是普通強(qiáng)迫振動(dòng)[2]。

      3.2 支承動(dòng)剛度與激振力

      引起軸振大的原因有兩個(gè):一是激振力大,二是油膜剛度低。從這次C 修的工作內(nèi)容看,只是拆勵(lì)/發(fā)聯(lián)軸器,抽出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子,并未對6#、7#瓦軸瓦進(jìn)行處理,因此軸瓦油膜剛度不會(huì)改變,引起6#、7#瓦軸振增大的原因只能是激振力增大。

      根據(jù)該機(jī)多年的振動(dòng)處理經(jīng)驗(yàn),檢修中只要拆裝過勵(lì)/發(fā)聯(lián)軸器。修后啟動(dòng),升速過程中6#、7#瓦軸振會(huì)增大,甚至因臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)大而無法定速,其原因是勵(lì)/發(fā)軸系存在不平衡,即激振力增大。

      空負(fù)荷下,5#瓦瓦振并不大,引起帶負(fù)荷后5#瓦水平瓦振增大的原因是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子存在熱彎曲現(xiàn)象。

      從該機(jī)5#瓦水平振動(dòng)大的歷史看,該機(jī)自2019 年8月以來,5#瓦水平瓦振有增大趨勢,因此在2020 年5 月的B 修中對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行了RSO 檢測[10],發(fā)現(xiàn)2#線圈存在穩(wěn)定的匝間絕緣缺陷,3#線圈存在不穩(wěn)定的匝間短路故障,即該發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子存在匝間短路故障。而此次檢修中再次對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子做RSO 檢測,發(fā)現(xiàn)2020 年5 月B 修中發(fā)現(xiàn)的一個(gè)固定短路點(diǎn)已經(jīng)消失,而另一個(gè)不穩(wěn)定短路點(diǎn)仍然存在(即發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路依然存在),發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路是造成轉(zhuǎn)子熱彎曲[12]的原因,轉(zhuǎn)子熱彎曲產(chǎn)生熱不平衡。

      3.2 消振對策

      根據(jù)上述診斷,升速過程中6#、7#瓦軸振偏大的原因是勵(lì)/發(fā)軸系存在不平衡,而引起帶負(fù)荷后5#瓦水平瓦振增大的原因是,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子存在匝間短路故障引起轉(zhuǎn)子熱彎曲產(chǎn)生的熱不平衡。

      對于上述兩種故障,簡單、有效的消振對策是調(diào)整軸系平衡。

      4 軸系平衡

      盡管目前5#、6#瓦水平瓦振均為25 μm(通頻),但根據(jù)2020 年5 月的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子水平瓦振熱變量[3],二者同相,因此帶負(fù)荷后5#、6#瓦水平瓦振會(huì)增大至60 μm(通頻)。軸系平衡的目的是調(diào)整定速下5#、6#瓦水平瓦振的方向與振動(dòng)熱變量反相[14],機(jī)組帶負(fù)荷后5#、6#瓦的水平瓦振會(huì)下降。

      減小5#、6#瓦水平瓦振最有效的加重平面是在低/發(fā)聯(lián)軸器[15]。根據(jù)該型機(jī)組現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn),在低/發(fā)聯(lián)軸器上加重658 g∠197 后啟動(dòng),定速下,5#瓦水平瓦振的方向已到振動(dòng)熱變量的反向,幅值也達(dá)到預(yù)期;6#瓦水平瓦振盡管方向沒有與振動(dòng)熱變量方向完全相反,但幅值已降至15 μm(基頻);4#瓦垂直瓦振由加重前的46 μm(通頻)升高至67 μm(通頻),軸振由加重前的94 μm(通頻)升高至125 μm(通頻),其他各瓦X、Y 向軸振均小于75 μm(通頻)。

      為了降低4#瓦振動(dòng)和升速過程中的6#、7#瓦軸振,在低壓轉(zhuǎn)子兩側(cè)加重379 g∠83 和379 g∠263 的同時(shí),在整流子后端面加重35 g∠30 后啟動(dòng),4#瓦垂直瓦振由加重前的83 μm(通頻)下降至15 μm(通頻),但5#瓦垂直瓦振卻由38 μm(通頻)增大至66 μm(通頻),水平瓦振增大至45 μm(通頻),方向沒變,其他各瓦垂直瓦振均小于20 μm(通頻),各瓦X 向軸振均小于90 μm(通頻),各瓦瓦振除5#瓦垂直為81 μm(通頻)外,升速過程中,6#、7#瓦軸振均在25 μm(通頻)以下。

      為減小升、降速過程中6#、7#瓦軸振,在整流子后端面加重70g∠15 之后啟動(dòng),升速過程中6#、7#瓦臨界轉(zhuǎn)速下X 向振動(dòng)由加重前的96 μm(基頻)、113 μm(基頻)降低至12 μm(基頻)和22 μm(基頻),定速下各瓦軸振均小于100 μm(通頻),各瓦瓦振均小于30 μm(通頻),升速過程中機(jī)組4#、5#、6#、7#瓦的X向軸振波德曲線見圖1~圖4。

      圖1 4#瓦X 向振動(dòng)曲線

      圖2 5#瓦X 向振動(dòng)曲線

      圖3 6#瓦X 向振動(dòng)曲線

      圖4 7#瓦X 向振動(dòng)曲線

      5 結(jié)論

      (1)經(jīng)軸系平衡后啟動(dòng),汽輪機(jī)定速下,各瓦瓦振均小于30 μm(通頻),各瓦X 向軸振均小于90 μm(通頻),但升、降速過程6#、7#瓦軸振較大,通過在發(fā)電機(jī)整流子后端面加重后,定速下各瓦軸振均小于100 μm(通頻),各瓦瓦振均小于30 μm(通頻),升速過程中6#、7#瓦臨界轉(zhuǎn)速下X 向振動(dòng)為12 μm(基頻)和22 μm(基頻)。

      (2)對于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子存在不穩(wěn)定匝間短路故障的機(jī)組,軸系平衡前獲得當(dāng)下的振動(dòng)熱變量是保證空負(fù)荷和滿負(fù)荷下振動(dòng)都滿意的先決條件。

      (3)實(shí)測5#、6#瓦水平瓦振的振動(dòng)熱變量較2020 年5 月B修后的數(shù)值有所減小,與此次C 修中RSO 檢測中發(fā)現(xiàn)B 修中存在的一個(gè)固定短路點(diǎn)消失相吻合,由此表明監(jiān)測振動(dòng)可以有效監(jiān)測發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間的短路狀態(tài)。

      (4)今后運(yùn)行觀察,如果帶負(fù)荷狀態(tài)下5#瓦水平振動(dòng)有明顯增長,表明發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障加重。

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