热电联产汽轮发电机组振动异常原因分析与处理

王博磊，曹伟，牟法海，昃刚，巩振泉

(河北冀研能源科学技术研究有限公司，石家庄 050051)

0 引言

对于大部分供热机组来说,供热蒸汽从供热机组抽汽口到热网加热器之间存在着压差能量浪费。在供热蒸汽自供热机组抽汽口至热网加热器入口之间加装超低压小汽轮机，利用供热蒸汽的压差能量驱动超低压小汽轮机做功，供热蒸汽经小汽轮机做功后，排汽再进入热网加热器，加热热网水用于城市供热，从而实现供热蒸汽能量的梯级利用，提高电厂经济效益。

以某厂300 MW供热机组的热电联产汽轮发电机组为例，该厂采用超低压小汽轮机直接拖动高压异步电动机实现异步发电,直接与厂用电系统连接,发出的电量直接抵消厂用电电量。配套发电机由湘潭电机股份有限公司制造，额定功率为6 000 kW，额定电压为6 300 V，额定电流为600 A，转速为3 000 r/min，冷却方式为1C81W。电机支承方式：电机轴瓦安装在端盖上。本文对热电联产汽轮发电机组的振动问题进行分析及处理，为今后处理类似振动问题提供参考。

1 故障现象

新机组投产运行5 d后，发现发电机前、后轴承振动值逐渐增大，由3.6 mm/s增加到7.2 mm/s，因振动大导致停机。再次启机发现发电机振动值随着负荷的增加而增大，只能降负荷运行，严重影响机组的运行安全和经济效益。就地测量发电机振动值：驱动端轴承水平20 μm；垂直44 μm；轴向74 μm；非驱动端轴承振动值：水平52 μm；垂直69 μm；轴向65 μm。

2 原因分析

为查找发电机振动增大的原因，对该发电机组进行了振动测试。热电联产汽轮发电机组结构如图1所示，从汽轮机向发电机方向看，发电机为顺时针旋转，发电机驱动端轴承为#3轴承，非驱动端轴承为#4轴承。分别于#3，#4轴承上布置水平振动与垂直振动测点。从汽轮机向发电机方向看，水平振动测点位于右侧，鉴相测点与水平振动测点方向相同。

图1 热电联产汽轮机结构

2.1 振动诊断分析

采用振动分析仪SK4432五通道振动分析仪进行振动测量分析。发电机#3轴承垂直方向时域波形图与频谱图如图2所示，#4轴承垂直方向时域波形图与频谱图如图3所示，测得#3轴承垂直方向的BODE图，如图4所示，测得#4轴承垂直方向的BODE图，如图5所示，#3，#4轴承垂直方向振动趋势如图6、图7所示。

图2中#3轴承垂直方向波形畸变为基频与倍频的叠加波，主要振动频率为1倍、2倍转速频率。图3中#4轴承垂直方向主要以基频为主，时域波形图为M形状。由图4、图5、图6可以看出#3，#4轴承垂直方向振动值随转速的增加变化不明显，但并网后振动值变化较大，且#3轴承振动值波动较大。

图2 #3轴承垂直方向时域波形和频谱

图3 #4轴承垂直方向时域波形和频谱

图4 #3轴承垂直方向BODE图(截图)

图5 #4轴承垂直方向BODE图(截图)

图6 #3轴承垂直方向振动趋势(截图)

图7 #4轴承垂直方向振动趋势(截图)

对电动机的4个电机底脚、台板进行振动测试，结果见表1，一般来说，测点上下标高差在100 mm以内的2个连接部件，在连接紧固的情况下，振动差别应小于5 μm[1]，而该电机4个底脚与台板之间的差别振动随着负荷的增大均在加大，最后差值均在20 μm以上。现场可以观察到找正时所添加的垫片比电机底座与台板的接触面面积小而且并非是完整的一块垫片，是由几块拼接组成，存在虚垫。

表1 发电机底脚与台板振动数据 μm

2.2 原因分析

轴承各温度测点与回油温度正常，同时结合振动频谱特征，可排除轴承存在缺陷的可能。

并网前后发电机振动发生较大变化，且负荷变化后，振动随即变化，两者之间没有明显的时间滞后，怀疑发电机存在电磁方面的故障，但通过现场检测与测量，可以排除三相负载不平衡、轴向磁力中心线不对中、转子线圈匝间短路等故障。

综合上述分析，电机振动具有以下特征。

(1)发电机振动值存在一定的波动。

(2)发电机振动频率主要为工作频率，其中#3轴承存在2倍转速频率成分。

(3)发电机振动值随着转速的增加振动值增加不明显，但并网后随着负荷的增大振动值增大明显。

(4)电机底脚与台板连接结合面处存在明显的虚脚。

特征(2)说明存在不平衡、不对中、弯曲等可能;特征(1)，(3)，(4)，说明轴系存在不对中、连接松动等问题。

综合发电机相关参数与频谱分析，结合发电机地脚与台板之间的垫片接触面积小，并且电机轴承安装在端盖上的情况，可以确定热电联产电机本体部分无明显异常，电机振动大的原因在于存在一定程度的转子不对中并且找正时电机地脚所采用的垫片较小且不是完整的整块垫片，发电机底座与台板的接触面积小，造成发电机支承刚度差。

3 处理措施

对热电联产汽轮发电机组重新找正，重新制作尺寸大小合适的垫片。

找正时应注意以下事项。

(1)测量径向的百分表测量杆应垂直轴线，其中心要通过轴心，径向表读数上下之和与左右之和应相差不多。

(2)轴向测量应该用两个百分表，放在同一直径上，并离中心距离相等，测量完后两轴向表数据应相同。

(3)装好后要试转一周，回到原来位置时，测量径向的百分表应复原。

(4)发电机所加垫片原则不应超过3片，且与发电机接触面积不应低于80%。

(5)找正顺序:先调左右后调上下，先调远的后调近的，先调面距后调圆距[2]。

经重新找正并更换合适垫片后，发电机振动数值合格，发电机振动随负荷增加而增大的缺陷消除，发电机驱动端#3轴承振动值水平17 μm、垂直28 μm、轴向24 μm，非驱动端#4轴承振动值水平13 μm、垂直21 μm、轴向16 μm，发电机轴承振动合格。

4 结论

采用振动诊断技术，找到供热联产汽轮发电机组发电机振动异常增大的故障原因，进行针对性的处理，节约了检修成本，缩短了检修时间，使得设备能够安全、稳定运行，提高了电厂的经济性指标。