某台350 MW双水内冷汽轮发电机组振动异常处理及分析

李卫军，吴文健，蔡文方

（国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014）

某台350 MW双水内冷汽轮发电机组振动异常处理及分析

李卫军，吴文健，蔡文方

（国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014）

双水内冷发电机转子因冷却水管不同程度的堵塞引起轴振爬升的现象时有发生，常用的处理方法为停机进行反冲洗，但现场动平衡也可作为一种有效减振方法。通过一台350 MW发电机转子振动异常的测试，得出振动爬升的主因为转子部分冷却水管流动不畅产生了热弯曲，采用动平衡大幅降低其振动，确保了机组安全稳定运行。

发电机；双水内冷；振动；动平衡

0 引言

300 MW等级双水内冷发电机已得到广泛应用，目前在役已超过70台，多用于干燥且易形成较强静电的地区。双水内冷发电机组的定子和转子均采用水冷却，定子铁芯及端部结构采用空气冷却；机座、端盖不需要防爆和密封结构，发电机结构比较简单[1]；同时，无氢系统及密封油系统的辅助系统简单，安装、运行、维护方便。大部分该型发电机组的振动为优良；但部分机组转子因冷却水管局部堵塞[2，3]、匝间短路等的影响，诱发转子轴振较大，对机组不同工况下的振动进行分析，探索有效的减振措施，可有效提高机组的可靠性。

某电厂4号机组采用350 MW双水内冷发电机，在运行中轴振爬升量较大，严重威胁机组的安全运行。通过振动测试与分析，诊断出机组异常振动的根源，及时采取动平衡减振措施，保证了机组的安全稳定运行。

1 机组振动现象

1.1 机组概况

4号机组的汽轮机为N350-24.2/566/566型超临界、一次再热双缸两排汽、反动凝汽式机组；发电机为QFS2-350-2型双水内冷发电机。机组轴系主要由高中压转子、低压转子、发电机转子及集电环转子组成，各转子之间均采用刚性联轴节连接，转子均采用双轴承支撑，其轴系布置如图1所示。发电机的现场实测临界转速为840 r/min和2 580 r/min。

图1 4号机组轴系布置

1.2 振动现象

4号机组自2014年7月投入商业运行以来，存在5号瓦轴振爬升现象，最高至100 μm。在2016年3月C修后的开机过程中，刚定速3 000 r/min时，5号瓦、6号瓦的轴振分别为41 μm和37 μm；但在带负荷过程中，5号瓦、6号瓦的轴振爬升很大，负荷为350 MW时，5号瓦、6号瓦的轴振分别为129 μm和95 μm，轴振超出125 μm的报警值，严重影响机组的安全运行，详细数据见表1。

表14 号机组发电机两端轴瓦X向轴振数据

2 振动分析及诊断

由表1可知，5号瓦、6号瓦的轴振定速3 000 r/min，轴振均小于45 μm，表明转子原始不平衡量很小。但带满负荷时，振动爬升至129 μm，爬升量较大；且振动始终以1X分量为主，属于普通强迫振动。表明发电机转子在带负荷过程中出现了一定程度的热弯曲，引发热不平衡，其诱因可能是发电机匝间短路、冷却水管冷却不均等。为此，进行相关试验对振动原因进行确认。

2.1 振动试验及分析

2016年3月15日，对4号机组进行变有功试验，在机组无功（即励磁电流）不变时，调整机组有功，5号瓦、6号瓦振动随有功减小而减小，随有功增大而增大。有功增大至350 MW时，5号瓦振动爬升至109 μm，30 min后，振动继续爬升至123 μm，此后基本保持不变。在有功变化过程中，机组的振动变化量和机组有功、无功同时变化时负荷变化的振动变化量基本一致。5号瓦、6号瓦振动爬升至较高值后，负荷降低，振动降至较小值，且具有重复性；若汽发对轮存在缺陷，振动应在某工况下迅速突变，且不随负荷降低而快速降低，该可能性可排除。

随后，对4号机组进行变无功试验，将机组负荷稳定在350 MW，励磁电流（即无功）降低的过程中，5号瓦、6号瓦振动随无功降低基本不变，可排除转子存在匝间短路等电气故障，试验过程中的振动数据见表2，表中电流为励磁电流。

表2 试验中发电机轴瓦X向轴振数据

试验过程中，5号瓦、6号瓦振动以1X分量为主，可推断部分发电机转子冷却水管存在堵塞，致使转子冷却不均，诱发转子出现热弯曲现象。

2.2 振动原因分析

对于双水冷发电机组，发电机转子冷却水回路是均匀对称布置的，若各支管通流特性良好，可保证机组转子轴向与径向均匀散热。发电机在带负荷过程中时，不会出现热弯曲现象，振动保持稳定。

发电机转子冷却水流量不均主要原因是：某些转子分支回路存在不同程度堵塞现象，致使该支路的冷却水量减少，转子的动平衡状态被破坏。同时，随着机组负荷的升高，且转子处的热量不易带走，在转子直径对称方向将产生温差，导致转子发生热弯曲，即转子热不平衡。理论计算表明[4]，转子热不平衡和转子径向温差成正比，转子径向温差为1℃，转子的跨中处的弯曲量及偏心量分别达到120 μm和80 μm。相对于该转子，热变形的温差为1～2℃时，转子两侧的振动变化量已经很大。

双水内冷发电机汽端轴瓦电机侧有冷却水回水出水孔，在机组盘车时，可观测各冷却水管的通流状况。2016年6月26日停机后，从回水孔观测，部分冷却水管流量偏小。

双水内冷发电机出现振动随负荷爬升现象时，应在停机检修期间，进行反冲洗。该方法耗时较长，大约需停机14～18天，严重影响机组的发电量。若机组停机时间较短，可将现场动平衡作为临时处理措施，降低机组的振动值，保证机组的安全稳定运行。

由表1可知，4号机组5号瓦、6号瓦轴振不同工况下、振动变化量均为同相分量，在发电机转子外伸端加重，具有较好的效果。但该法只能作为一种补偿性减振措施，要彻底消除机组的振动，应在机组检修期间安排反冲洗。

3 振动处理措施

3.1 现场动平衡处理

4号机组在定速3 000 r/min及带负荷过程中，发电机转子两端轴瓦轴振以同相分量为主，热弯曲产生的振动分量也以同相分量为主，由此判断，热弯曲在转子中部或两端产生了1阶或3阶不平衡。发电机转子的1阶、2阶临界转速均低于3 000 r/min，如果转子热不平衡在转子中部或两端，可产生同相的振动增量[5]。

2016年6月26日停机过程中，发电机转子两端轴瓦轴振临界转速下的振动均小于100 μm，表明冷态下，发电机转子平衡得很好，5号瓦振动波特图见图2。进一步证明：发电机转子振动爬升为热弯曲，且热弯曲在机组减负荷过程中，逐渐消除，是一种可逆的热弯曲。

图2 5号瓦升降速的波特图

在4号机组汽发对轮上加重0.72 kg，启动过程中不同工况下的振动均较小，最大为63 μm；同时，机组带负荷过程中，5号瓦、6号瓦振动的一倍频矢量变化量较大，分别为77 μm和60 μm。动平衡前后的转子振动增量大小相当，且变化量的相位角相同，见表3。

因此，通过现场动平衡加重，一方面降低了发电机转子3 000 r/min工况下的轴振；另一方面，平衡块抵消了带负荷过程发电机转子上的热不平衡量，使得爬升后的振动较小，保证机组5号、6号瓦在各工况下的振动值不超标，机组可安全运行。

表3 动平衡后4号发电机轴瓦X向轴振数据

3.2 发电机转子动平衡后振动分析

由表1、表3对比可知，4号机组动平衡前后满、空负荷下发电机轴振的变化量基本一致，表明：动平衡后，发电机转子上热不平衡依然存在，且较稳定。根据振动理论推算，可定位转子上的热不平衡量在120°～130°处（以键向槽为零位，逆转向计），即逆转向第5和第6根管道处。

要彻底消除该故障，应在停机检修过程中测量发电机转子各出水孔的流量，流量偏小出水孔处的冷却水管即存在不同程度堵塞。应重点对堵塞的水管进行反冲洗，采用大流量正反冲洗或高压氮气（1.5～1.8 MPa）逐根管反冲洗，即可有效消除转子冷却水管通流不畅现象[6]。反冲洗后，发电机转子各出水孔的流量应较一致，判别可参考《汽轮发电机绕组内部水系统检验方法及评定》中“流量最小的出水管流量不小于所有出水管平均流量的85%，甚至90%”的要求。

4 结论

通过某厂4号机组振动测试分析、诊断及处理，将其振动降低至优良，使其可安全稳定运行。结论如下：

（1）双水内冷发电机部分转子冷却水管流动不畅诱发转子产生热弯曲，致使机组在带负荷过程中，轴振发生爬升现象。汽发对轮处的加重是有效降低其振动的一种方法，可作为提高发电机组安全稳定运行的临时手段。

（2）要彻底解决双水内冷发电机转子热弯曲，应在停机检修中进行反冲洗，并结合流量分配试验，确保发电机转子各冷却水管流通特性良好，以消除转子冷却不均产生的热弯曲。

[1]胡磊，袁益超，李立军，等.300 MW双水内冷汽轮发电机定子铁心内空气流动特性研究[J].上海理工大学学报，2014（5）∶456-460.

[2]关玉芳，楼新明，冯礼奎.发电机定子线棒堵塞治理与定冷水水质优化[J].浙江电力，2012，31（3）∶31-34.

[3]卢洪坤，何朝晖，王建松.300 MW发电机定子绕组温差大缺陷分析及处理[J].浙江电力，2012，31（6）∶44-45.

[4]寇胜利.汽轮发电机组的振动及现场平衡[M].北京：中国电力出版社，2007.

[5]杨建刚.旋转机械振动分析与工程应用[M].北京：中国电力出版社，2007.

[6]周怀里.双水内冷发电机转子回路堵塞原因分析和防止措施[J].江苏电机工程，2004（9）∶59-61.

（本文编辑：徐晗）

Treatment and Analysis on Abnormal Vibration of the 350 MW Turbo-Generator with Double Inner Water-cooling

LI Weijun，WU Wenjian，CAI Wenfang
（State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

s:The vibration of generator rotor shaft increases frequently due to blockage of the cooling water pipes of turbo-generator with double inner water-cooling.The common treatment is backwash during its shutdown；in addition，on-site dynamic balancing can be used to reduce the vibration.Through abnormal vibration testing of a 350 MW generator rotor，it is concluded that the main reason for the vibration increase is thermal bending due to some blocked cooling water pipes.It can ensure units operation safety and stability by using the dynamic balancing to reduce its vibration greatly.

generator；double internal water-cooling；vibration；dynamic balancing

项目：国家自然科学基金资助项目（51275452）；国网浙江省电力公司科技项目（5211DS14005B）

TK268+.1

B

1007-1881（2017）01-0047-03

2016-10-21

李卫军（1975），男，高级工程师，从事汽轮发电机组振动测试及分析。