大型發(fā)電機(jī)出租振動故障有很多類型，熱彎曲是比較常見的振動故障，其主要原因包括材質(zhì)問題、冷卻系統(tǒng)故障、轉(zhuǎn)子線圈膨脹受阻、匝間短路等，從表現(xiàn)上看，這四類故障的特征頻率均為基頻，現(xiàn)場為了這四類故障進(jìn)行區(qū)分，需進(jìn)行深入分析并進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。

隨著汽輪機(jī)組的發(fā)展，杭州發(fā)電機(jī)出租轉(zhuǎn)子超大型化設(shè)計(jì)使得轉(zhuǎn)子更容易出現(xiàn)材質(zhì)不均勻及受熱不均勻等缺陷，引起轉(zhuǎn)子熱彎曲。上汽1000MW機(jī)組自投產(chǎn)以來部分發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子存在不同程度的熱不平衡現(xiàn)象，在機(jī)組高負(fù)荷狀態(tài)下，發(fā)電機(jī)振動偏大，影響機(jī)組安全運(yùn)行。

本文介紹2臺杭州發(fā)電機(jī)因熱不平衡導(dǎo)致的熱彎曲造成振動過大的案例，介紹了故障的特征、分析過程和處理方法，可以為其他機(jī)組作為參考。

1 機(jī)組簡介

該機(jī)組汽輪機(jī)選用1000-26.25/600/600（TC4F）型超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓凝汽式汽輪機(jī),配以 THDF125/6型水/氫/氫冷卻發(fā)電機(jī)，勵磁系統(tǒng)采用靜態(tài)勵磁和無刷勵磁2種方式。機(jī)組軸系由5個徑向橢圓軸承支撐，高壓轉(zhuǎn)子為雙支撐結(jié)構(gòu)， 中壓和低壓轉(zhuǎn)子為單支撐結(jié)構(gòu)，杭州發(fā)電機(jī)出租轉(zhuǎn)子和勵端小軸為三支承結(jié)構(gòu)， 各轉(zhuǎn)子間均用剛性聯(lián)軸器連接。其軸系布置圖見圖1

 圖1  1000WM杭州發(fā)電機(jī)出租軸系示意圖

2 A電廠#3機(jī)組振動故障分析診斷

2.1振動現(xiàn)象

A電廠#3機(jī)組自投入生產(chǎn)以來，杭州發(fā)電機(jī)在整個沖轉(zhuǎn)過程中，振動良好，無異常振動特征。發(fā)電機(jī)在機(jī)組初定速以及初帶負(fù)荷的時候，#5瓦、#6瓦振動均小于80μm且振動穩(wěn)定；但隨著機(jī)組負(fù)荷逐漸升高，#5瓦、#6瓦振動也隨負(fù)荷的升高而升高，當(dāng)機(jī)組升至滿負(fù)荷時#5瓦、#6瓦振動最大為150μm；當(dāng)機(jī)組負(fù)荷下降時，#5瓦、#6瓦振動也隨負(fù)荷下降而下降。

2.2 振動相關(guān)試驗(yàn)

為了進(jìn)一步查明根本原因，對機(jī)組先后進(jìn)行了變氫溫試驗(yàn)、變密封油試驗(yàn)、變有功試驗(yàn)、變無功試驗(yàn)。

在變氫溫試驗(yàn)、變密封油溫試驗(yàn)、變無功試驗(yàn)過程中，#5瓦、#6、#7瓦振動幅值和角度均無明顯的變化，振動基本保持穩(wěn)定。

     在進(jìn)行變有功功率試驗(yàn)時，隨負(fù)荷增加#5、6、7瓦軸承出現(xiàn)明顯爬升，試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)見表1。

2.3 振動故障特征與原因分析

根據(jù)變氫溫試驗(yàn)、變密封油溫試驗(yàn)、變無功試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果表明對#5瓦、#6瓦、#7瓦振動無明顯影響，基本可以排除冷卻系統(tǒng)故障、線圈膨脹受阻、匝間短路以及出現(xiàn)動靜碰摩等故障。而從機(jī)組變負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果表明#5瓦、#6瓦振動上升存在以下幾點(diǎn)特征：

（1）隨負(fù)荷上升，#5瓦、#6、#7瓦振動逐漸爬升。

（2）振動爬升主要以基頻成分為主。

（3）在振動爬升的過程中，#6、7瓦相位發(fā)生明顯變化，且各工況下振動具有較好的重復(fù)性。

（4）當(dāng)負(fù)荷升至滿負(fù)荷狀態(tài)后，振動還會進(jìn)一步上升，再逐漸趨于穩(wěn)定。

綜合以上幾點(diǎn)特征表明，機(jī)組在空載和帶初負(fù)荷時，振動均在80μm左右，振動雖無明顯變化，但振動幅值相對較大，存在一定的質(zhì)量不平衡。根據(jù)軸系布置圖,#5瓦為低壓缸后軸承，#6瓦、#7瓦為發(fā)電機(jī)前后軸承，隨著機(jī)組負(fù)荷升至高負(fù)荷時，#5瓦、#6瓦振動上升幅度較大，#6瓦、#7瓦相位增大。根據(jù)這些振動特點(diǎn)，判斷杭州發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子受熱不均勻，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子熱彎曲和低發(fā)對輪中心產(chǎn)生偏差這兩個方面的可能性較大。

2.4振動處理措施

根據(jù)以上診斷結(jié)果，決定在機(jī)組停機(jī)之后，對其進(jìn)行汽發(fā)對輪中心重新校正對中，并在汽發(fā)對輪上進(jìn)行現(xiàn)場動平衡。經(jīng)計(jì)算，在汽發(fā)對輪上加重1.04Kg逆轉(zhuǎn)向120°的平衡塊，降低發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在高負(fù)荷時熱彎曲的振動，兼顧發(fā)電機(jī)空載時的振動，同時對汽發(fā)對輪中心等安裝參數(shù)根據(jù)廠家要求重新進(jìn)行調(diào)整和對中。

    經(jīng)過現(xiàn)場動平衡和汽發(fā)對輪中心調(diào)整后，機(jī)組再次啟動，空載時，機(jī)組發(fā)電機(jī)前后軸振均小于60μm以下，振動處于優(yōu)良水平；機(jī)組逐漸帶至高負(fù)荷，#5瓦、#6瓦、#7瓦振動平穩(wěn)，未出現(xiàn)振動異常波動，振動問題得到解決，其各工況振動詳細(xì)數(shù)據(jù)見表2。

3.1 振動現(xiàn)象

B電廠#2機(jī)組自基建調(diào)試168h試運(yùn)行以來，機(jī)組在空載到帶500MW負(fù)荷的時候，發(fā)電機(jī)#6瓦、#7瓦振動處于優(yōu)良水平，機(jī)組帶高負(fù)荷的過程中，#6瓦、#7瓦軸振逐漸上升，且#7瓦瓦振也逐漸上升，尤其在機(jī)組滿負(fù)荷狀態(tài)下，#7瓦軸振最大為162μm，瓦振最大為11.6mm/s；機(jī)組負(fù)荷下降時，#6瓦、#7瓦振動也隨負(fù)荷下降而下降。這一振動現(xiàn)象與A電廠#3機(jī)組相似。

3.2振動試驗(yàn)

從振動現(xiàn)象來看，該機(jī)組初步判斷是#6瓦、#7瓦的振動跟負(fù)荷有關(guān)，即隨負(fù)荷變化而變化，且為了進(jìn)一步查明根本原因，對機(jī)組進(jìn)行了變氫溫試驗(yàn)、變密封油試驗(yàn)、變負(fù)荷試驗(yàn)、變無功試驗(yàn)。

經(jīng)過變氫溫試驗(yàn)、變密封油試驗(yàn)、變無功試驗(yàn)，在試驗(yàn)過程中機(jī)組發(fā)電機(jī)#6瓦、#7瓦軸振振動均無明顯的影響，且振動保持穩(wěn)定。但在無功試驗(yàn)中，無功功率從低到高變化的過程中，#7瓦瓦振也隨之變化，其變化幅度大于軸振變化，其試驗(yàn)詳細(xì)測試數(shù)據(jù)見表3。

而從機(jī)組的歷史振動數(shù)據(jù)表明，機(jī)組從基建調(diào)試168h試運(yùn)行開始，到幾個月的正式投產(chǎn)運(yùn)行當(dāng)中，#6瓦、#7瓦、#8瓦振動在機(jī)組各個工況下有著明顯變化，其詳細(xì)振動數(shù)據(jù)見表4。

3.3振動故障特征與原因分析

根據(jù)變氫溫試驗(yàn)、變密封油溫試驗(yàn)、變無功試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果表明對#6瓦、#7瓦振動無明顯影響，基本可以排除由冷卻系統(tǒng)故障、線圈膨脹受阻、匝間短路以及出現(xiàn)動靜碰摩等引起的故障。但變無功試驗(yàn)對#7瓦瓦振有一定的影響，且#7瓦瓦振在機(jī)組高負(fù)荷下較大，結(jié)合機(jī)組歷史數(shù)據(jù)來看，#6瓦、#7瓦、#8瓦振動存在以下幾點(diǎn)特征：

（1）隨負(fù)荷增大，#6瓦、#7瓦、#8瓦振動逐漸爬升。

（2）振動波動主要以基頻成分為主。

（3）在振動波動的過程中，#6瓦、#7瓦相位變化不大，且各工況下振動具有較好的重復(fù)性。

（4）#7瓦瓦振動較大，且受無功功率的影響，瓦振大小與軸振大小不成比例。

綜合以上幾點(diǎn)特征表明，機(jī)組在空載和帶到500MW負(fù)荷時，#6瓦、#7瓦、#8瓦軸振和#7瓦瓦振振動屬于優(yōu)良范圍之內(nèi)，隨著機(jī)組負(fù)荷的升高，#6瓦、#7瓦振動和#7瓦瓦振逐漸升高，且#7瓦瓦振上升幅度與振動不成比例，根據(jù)這些振動特點(diǎn)，判斷杭州發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子受熱不均勻，導(dǎo)致熱彎曲的發(fā)生和#7瓦軸瓦剛性偏差這兩個方面的可能性較大。

3.4 振動處理措施

根據(jù)以上診斷結(jié)果，制定了解決方案，在現(xiàn)階段機(jī)組運(yùn)行過程中，根據(jù)變無功試驗(yàn)對#7瓦瓦振有一定的影響，決定在運(yùn)行中對無功功率進(jìn)行相應(yīng)的限制，以限制#7瓦瓦振波動。在之后的檢修中，在發(fā)勵對輪上進(jìn)行現(xiàn)場動平衡，先后分別加重174g逆轉(zhuǎn)向260°和300g逆轉(zhuǎn)向335°，降低發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在高負(fù)荷時熱彎曲的振動，同時對#8瓦振動也有一定的降低，對#7瓦軸承間隙等安裝參數(shù)根據(jù)廠家的要求進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。經(jīng)過現(xiàn)場動平衡、#7瓦軸承間隙的調(diào)整后。機(jī)組再次啟動，在高負(fù)荷狀態(tài)下，#6瓦、#7瓦振動平穩(wěn)，軸振均處于60μm以下，#7瓦瓦振也處于優(yōu)良范圍之內(nèi)，未出現(xiàn)振動異常波動，振動問題得到解決。

4 結(jié)論

在分析杭州發(fā)電機(jī)出租熱不平衡導(dǎo)致熱彎曲振動的時候，往往將重點(diǎn)傾向于發(fā)電機(jī)匝間短路上，而忽視了轉(zhuǎn)子本身材質(zhì)不均勻而導(dǎo)致振動的可能。通過一系列試驗(yàn)進(jìn)行振動分析將各種可能的振動故障一一排除，最終確定為因發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子材質(zhì)不均勻?qū)е碌臒釓澢�振動。針對這一情況進(jìn)行現(xiàn)場熱平衡處理，但應(yīng)根據(jù)發(fā)電機(jī)組熱彎曲引起的振動大小和運(yùn)行允許量值綜合考慮，不能盲目利用熱平衡手段，情況嚴(yán)重時應(yīng)及時停機(jī)進(jìn)行檢查