1 000 MW汽轮发电机组甩负荷造成汽轮机轴瓦磨损的原因分析与处理

摘要：某发电公司1台1 000 MW机组在甩负荷非停后的再次启动过程中，出现了汽轮机#5轴承金属温度异常升高而紧急停机的故障，通过对机组甩负荷前后轴振、瓦温、轴向位移等参数进行具体分析，探究了轴承发生擀瓦故障的原因，并提出了相应的处理方法及防范措施，为其他同类型机组在处理类似事故时提供了参考。

关键词：：甩负荷;轴瓦;轴向位移;擀瓦

0 引言

汽轮发电机组甩负荷停机后的再次启动属于高风险作业，因此，监视反映汽轮机轴承工作状态的轴承温度、轴振、轴向位移等参数显得尤为重要，运行人员如果发现异常情况，必须认真分析原因并对其进行及时处理，避免造成事故。本文针对某1 000 MW汽轮发电机组启动过程中发生的轴承金属温度异常升高的问题，从轴瓦结构、运行工况等方面进行了分析，及时采取了有效的处理措施，保证了机组的顺利开机并网。

1 设备概况

某发电公司#7机组（容量为1 000 MW）于2006年12月正式通过168 h试运行。該汽轮机由东汽和日立合作设计制造，型号N1000-25/600/600，为超超临界、中间再热、四缸四排汽、凝汽式汽轮机组，从机头到机尾依次串联一个单流高压缸、一个双流中压缸及两个双流低压缸。机组轴系由汽轮机高压转子、中压转子、低压转子A、低压转子B及发电机转子组成，各转子间用刚性联轴器连接。高压和中压转子采用可倾瓦轴承支承，低压转子采用椭圆轴承支承。

2 故障描述

2019年7月11日，#7机组甩负荷停机后开机，16：20锅炉点火，01：16汽轮机冲转，升速率为100 r/min，目标转速200 r/min。检查主机转速上升，电动连续盘车装置自动脱开到位，盘车电机停运，将盘车自动联锁投入。01：19汽轮机转速达200 r/min，开始摩擦检查，01：24摩擦检查结束;汽轮机继续升速，升速率为100 r/min，目标转速700 r/min。01：27，#7汽轮机转速达430 r/min，#5轴承1、2点温度急剧上升至89 ℃，立即手动打闸停机（无跳闸保护，手动紧急停机值107 ℃），TSI其余参数均正常，就地检查汽轮机本体未发现异常现象，30 s后1、2点温度分别上升至112.8 ℃、92.6 ℃，紧急增开B顶轴油泵、EOP，停B、C机械真空泵，开启低背压凝汽器真空破坏门，破坏真空紧急停机。01：32，#7汽轮机转速惰走至290 r/min，01：36，#5轴承3点温度最高升至122 ℃开始下降，1、2点温度随之急剧上升，01：39，#5轴承1点温度最高升至145 ℃开始下降，2点温度最高升至122 ℃开始下降。01：41，#7机组转速为0 r/min，投入主机盘车正常。01：52，#5轴承1、2、3点温度降至53 ℃、54 ℃、50 ℃。

#7机组开机第一次冲转#5轴承温度历史曲线如图1所示。

停运盘车后，对#5轴承回油情况进行检查无异常，打开#3轴承座顶部人孔观察窗，检查轴承座内部无脱落的乌金等异物，用塞尺检查#5轴瓦顶部间隙为1.15 mm。运行人员检查其他各参数无异常后进行汽轮机第二次冲转。

#7机组汽轮机第二次冲转，升速率为100 r/min，目标转速200 r/min。检查主机转速上升，电动连续盘车装置自动脱开到位，盘车电机停运，将盘车自动联锁投入。03：45，#7汽轮机转速为174 r/min，#5轴承2、3点温度上升至47 ℃、45 ℃，1点温度急剧上升至86 ℃，立即手动打闸停机（无跳闸保护，手动紧急停机值107 ℃），停B、C机械真空泵，TSI其余参数均正常，就地检查汽轮机本体未发现异常现象，2 min后#7机#5轴承1、2、3点温度先后最高上升至136 ℃、111 ℃、50 ℃后缓慢下降。03：50，#7机转速至0 r/min，投入主机盘车正常。04：07，#5轴承1、2、3点温度降至46 ℃、45 ℃、46 ℃。

7机组开机第二次冲转#5轴承温度历史曲线如图2所示。

3 检查处理情况

因#5轴瓦金属温度配置了3个测点，机组启动初期3个测点均表现出温度突升的趋势，可判定该轴瓦温度测点无异常（轴瓦解体后联系热控人员对测点进行校验未发现异常），初步判断#5轴瓦发生擀瓦故障。决定对#5轴瓦进行解体检查，以进一步确认分析故障原因。

#7机组汽轮机盘车停运后揭开#3轴承座上盖，检查发现轴承座下部积油中有少许脱落的乌金碎片;对#5轴瓦进一步解体后，检查发现#5轴瓦下瓦存在擀瓦情况，两个顶轴油孔的局部被脱落的乌金层堵塞，进一步检查#5轴瓦下瓦乌金面无较深的沟痕;低压A转子轴颈表面（与#5轴瓦配合部位）无明显划痕;#5轴瓦上瓦无擀瓦情况。#5轴瓦下瓦擀瓦情况如图3所示，#5轴瓦上瓦情况如图4所示，PT探伤后无异常。

根据#5轴瓦下瓦乌金的损伤情况，对轴瓦进行了修刮处理，修刮后着色探伤合格，并按检修规程要求，对#5轴瓦各部位间隙进行了调整，对#3轴承座底部散落的乌金碎片进行了彻底清理，#7机组开机冲转及并网后#5轴瓦运行正常，未再出现轴瓦温度升高的缺陷。

4 原因分析

（1）本次#7机组于2019年6月18日甩负荷紧急停机后至2019年7月11日再次开机前，汽轮机轴瓦和油系统只进行了以下工作：主机油箱人孔门进行密封处理，油系统外挂滤油机进行滤油。2019年7月1日、7月3日，主油箱润滑油油质报告颗粒度符合检修机组修后油质标准（两次油质均达到SAE AS4059F 4级标准），7月11日#5轴瓦擀瓦后主油箱润滑油油质报告颗粒度符合SAE AS4059F 8级标准（油质降低的原因为揭开#3轴承座对#5轴瓦进行检修）。故因检修工作带入异物的可能性可以排除，检查轴承进油滤网完整无破损、干净无堵塞，且对出现擀瓦的#5机轴瓦乌金面进行检查，未发现异物，未见较深沟痕。故可排除异物进入造成轴瓦擀瓦。

（2）查阅本次#7机组开机过程历史曲线，开机前盘车和冲转过程中润滑油压力一直保持在0.18 MPa以上（运行规程的规定值为0.18 MPa），冲转前轴承进油温度控制在41 ℃左右（运行规程的规定值为40～49 ℃），检查各轴承回油温度小于60 ℃。顶轴油泵出口至各轴瓦在冲转前均正常。查阅2019年7月11日运行值班记录，第一次冲转前各轴承顶轴油压分别为：#5轴承7 MPa，#6轴承10 MPa，#7轴承10 MPa，#8轴承10 MPa，#9轴承10 MPa，#10轴承10 MPa。开机前运行人员对顶轴油压进行了确认，油压正常（#5～#10轴承顶轴油压正常范围为5～16 MPa）。故可排除系统断油造成轴瓦擀瓦。

（3）查阅最近3次#7机组停机历史曲线，如图5、图6、图7所示。2019年3月11日、2019年4月3日机组正常停机时，轴向位移、高压缸差胀均是向增大的趋势发展;2019年6月18日机组甩负荷紧急停机时，轴向位移、高压缸差胀均是先大幅减小而后向增大的趋势发展。查阅2019年6月18日#7机组甩负荷紧急停机历史曲线，存在以下异常数据：汽轮机转速最高升至3 240 r/min，轴向位移最小峰值为-1.07 mm（-1.08 mm<正常范围<0.6 mm，紧急停机前轴向位移为-0.47 mm）。

综合分析本次#7汽轮机#5轴瓦擀瓦的原因为机组甩负荷紧急停机瞬间，因发电机突甩负荷及汽门异常关闭，汽轮机转子所受的轴向推力發生突变，引起汽轮机转子轴系出现较大的窜轴，在窜轴瞬间，#5轴瓦自位性能未充分发挥，造成瞬间转子轴颈与轴瓦间的油膜被破坏，轴颈与轴瓦乌金直接接触，进而造成轴瓦轻微磨损。2019年7月11日，#7机组开机冲转时，虽已正常投运顶轴油系统，但低转速下形成的油膜不稳定，且轴瓦已存在轻微损伤，导致轴瓦与轴颈间的油膜失去，轴瓦乌金与转子轴颈直接摩擦接触，出现局部过热，并逐渐扩大造成擀瓦故障。

5 结语

轴瓦温度、轴向位移、轴振等参数是评价汽轮发电机组运行状况的重要指标，是机组各部件在诸多方面运行情况的集中反映，查找某一参数异常的原因是一项比较复杂的工作，需要综合对比分析各种影响因素。尤其是机组甩负荷紧急停机时，应充分分析机组各参数的变化趋势，发现异常应扩大检查范围，消除威胁机组安全运行的潜在隐患。本文探讨的1 000 MW汽轮发电机组突甩负荷造成汽轮机轴瓦磨损的原因有其特殊性，也很具代表性，对于分析甩负荷紧急停机对汽轮发电机组各部件的影响具有较高的借鉴价值。

收稿日期：2020-05-28

作者简介：王骞（1986—），男，山东济宁人，工程师，研究方向：热能与动力工程。