S109FA机组冷态启动后停机过程3X异常波动分析

摘要：福建晋江天然气发电有限公司电厂4台机组为美国GE公司生产的S109FA燃气蒸汽联合循环机组，其中汽轮机型号为#158（D10优化型），为三压、一次中间再热、单轴、双缸双排汽、冲动式无抽汽纯凝式机组。由于机组常用于电网调峰，故启动次数较多，经常出现机组振动异常事件。为此，对机组振动异常事件进行了分析对比，提出了运行改进措施，为解决同类型机组的振动异常问题提供了参考。

关键词：S109FA机组;冷态启动;3X异常波动分析

1 S109FA机组轴系介绍

S109FA机组轴系由燃气轮机、高中压转子、低压转子、发电机转子组成，励磁机尾端悬臂布置。轴系共有8个轴承，#1～#5轴承为可倾瓦轴承，#6～#8轴承为椭圆轴承。S109FA机组轴系的相对膨胀死点只有1个，布置在#1瓦推力轴承处，燃机侧转子往排气扩压段膨胀，汽轮机转子往发电侧膨胀轴系布置如图1所示。

2 振动波动事件分析

2019年9月9日，#4机组启动后，机组运行约19 h，在停机过程中至解列前3X振动值出现上涨且波动（稳定运行期间3X振动值约0.103 mm），波动幅值约0.04 mm，振动最大值0.184 mm，停机降速的二阶3X振动值为0.151 mm（转速2 030 r/min），一阶3X振动值为0.199 mm（转速1 005 r/min）。对比以往停机时的3X振动值，振动幅值增大0.04 mm。

2019年10月4日，机组运行约16 h，满负荷运行时间约15 h，在停机过程中退汽后至解列前3X振动值出现上涨且波动（稳定运行期间3X振动值约0.103 mm），波动幅值约0.02～0.03 mm，停机降速的二阶3X振动值为0.147 mm（转速2 013 r/min），一阶3X振动值为0.203 mm（转速998 r/min）。对比以往#4机组出现3X振动值的波动情况，对#4机组3X振动此次发生幅值较大的波动数据进行纵向对比。#4机组冷、热态运行期间振动及温度数据比较如表1所示。

由表1可以看出，#4机组冷、热态机组启动#3瓦金属温度变化趋势截然相反，出现该现象的根本原因是GE轴系设计及各轴承的标高设定不同。

从近期机组启动数据来看（表1），机组冷态启动后#3瓦瓦温均出现下降，#3轴承振动值在满负荷运行较长时间后出现上升，上涨幅值约0.03 mm。S109FA机组在机组正常运行状态下发生#3号轴承振动值上升，原因有两个方面：一是由于燃机透平间有热气泄漏造成燃机透平间空间温度升高，燃机前后支脚膨胀增大，燃机整体抬升;二是可能来自环境温度的突然下降或者BT风机出力出现异常，燃机膨胀出现改变，左右或前后支撑脚膨胀出现偏差。这两种情况下的振动一般在燃机启动初始阶段不明显，随着机组满负荷运行时间达到一定时间时，振动值开始上升，此时燃机透平间内环境温度达到最大且燃机充分膨胀。

2019年9月9日，#4机组满负荷连续运行小时数达到12 h且机组运行小时数达到19 h，同时#1、#3瓦瓦温出现缓慢上涨（约5～7 ℃）和下降（約7～9 ℃）的情况，从瓦温反映出轴承的负载分配情况来看，#1瓦出现重载、#3瓦逐渐轻载有失稳现象，事后从振动监测系统查阅发现以及从振动频谱图中看出，轴振3X波动时存在6 Hz左右的低频分量，且此低频分量是引起振动峰值大的原因。对比2019年10月4日#4机组冷态启动后停机现象，和2019年9月9日一致，但振动幅值明显较小。通过纵向对比，发现#3机组出现的3X波动情况和#4机组基本相似。

3 S109FA机组3X振动值波动大的干预措施

（1）考虑到GE公司的S109FA机组轴系特点，机组避免长时间满负荷连续运行，如果机组长时间满负荷连续运行小时数超过6 h，应向省调申请部分负荷运行一段时间。

（2）定期对燃机系统进行查漏，避免高温气体泄漏，导致燃机支腿膨胀过量，特别是前支腿。

（3）满负荷运行或长时间运行时，避免直接降负荷停机，应向省调沟通，停机阶段在280 MW负荷保持一段时间，待燃机膨胀量变小后再进行停机操作。

（4）应用振动监测系统，便于查找振动分量源头，以便采取措施。

（5）#3轴振3X振动值波动大处理：1）启动第二台VG风机，观察振动趋势;2）波动峰值达0.19 mm时，将自动停机保护定值提高至0.228 6 mm，同时启动第二台BT风机。

4 结语

GE公司的S109FA燃气蒸汽联合循环机组，作为电网调峰的主力负荷，冷态启动的次数较多且经常引起振动异常。本文针对该机组多次冷态启动后停机过程出现3X振动值异常波动的情况，进行了分析及纵向对比，得出的相关结论可为解决相关机组今后出现类似问题提供参考。

[参考文献]

[1] 中国华电集团公司.大型燃气-蒸汽联合循环发电技术丛书：设备及系统分册[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2] 清华大学热能工程系动力机械与工程研究所，深圳南山热电股份有限公司.燃气轮机与燃气-蒸汽联合循环装置[M].北京：中国电力出版社，2007.

收稿日期：2020-05-06

作者简介：吴咏康（1987—），男，福建邵武人，工程师，从事燃气-蒸汽联合循环机组运行工作。