660 MW汽轮发电机组异常振动分析与处理

李海波董林洋朱海燕

(河北邯峰发电有限责任公司，河北 邯郸 056200)

某电厂1号机组为成套引进德国西门子的HMN系列、660 MW亚临界、一次中间再热、纯凝汽式反动汽轮发电机组。发电机冷却方式为水氢氢，定子绕组水内冷，转子绕组采用氢内冷，定子铁心和其他构件为氢冷。1-5号为汽轮机支撑轴瓦，6-8号为发电机励磁机支撑轴瓦，轴系分布如图1所示。

图1 汽轮发电机轴系分布

1 故障概况

3月16日，电网频率正常，1号机组负荷430 MW平稳运行，汽轮机6号、7号、8号轴瓦突发异常振动，轴瓦附近检查无异常声音。振动呈4～5 h周期振动，异常振动趋势如图2所示。异常振动持续36 h后消失。4月4日异常振动再次发生，特性基本一致，振动幅_值见表1。

图2 6-8号轴瓦异常振动趋势

2 原理分析与试验验证

2.1 原理分析

产生振动的原因比较多且复杂，检测系统测量到的振动是多种因素共同作用的结果。比较常见的异常振动诱因，包括但不局限于汽流激振[1]、轴系的质量不平衡(转子弯曲、转子上零件松动、动静摩擦)、电磁力不平衡和支撑系统刚性变化[2]。依据以上理论，技术人员根据异常振动发生时候的振动趋势图、频谱图和极坐标图，对出现的异常振动进行分析。异常振动发生时负荷平稳无波动，可以推断异常振动与汽流激振无强相关性[1]。

表1 机组6-8号轴瓦振动幅值表

转子配重不平衡导致的异常振动，一般在汽轮机变速中体现[3-4]，如果在机组运行期间发生，往往伴随剧烈振动，达到跳机保护值[2]。转子热变形，转子永久性弯曲或联轴器连接质量不佳产生振动，在机理上也产生了质量不平衡[5]，由于此汽轮机组已经连续运行20个月，且异常振动呈规律性变化、没有达到跳闸值，结合异常振动发生时，现场并无动静碰摩声音，可以断定此异常振动与转子配重不平衡无强相关性。

异常振动发生时候的振动趋势图(图2)、频谱图(图3)和极坐标图(图4)中，可见大量工频分量、少量二次分量和极少量的多次倍频分量，未见明显半频分量，通过理论分析判断发生了轻微的转轴与轴封或转轴与油挡碰摩。

图3 6-8号各轴瓦异常振动频谱瀑布

图4 6-8号各轴瓦异常振动极坐标示意

2.2 试验验证

振动试验采取电厂TSI设备(Vibrometer VM600)和独立振动信号采集系统(Bently Nevada Adre 408DSPi)相结合的方法进行。振动数据来自于电厂TSI原始数据和3个独立系统的振动探头(B&K VS080)。

试验方案：机组负荷调整试验、发电机压紧油油温调整试验、发电机密封油压紧油流量调整试验，试验数据全部来自电厂TSI系统未经处理的原始数据，同期监测汽轮机基础台板和发电机地脚的振动。

3个独立系统的振动探头，结合配套磁吸底座分时复用的进行同期监测：当固定在6号、7号、8号轴承壳和基座，采集发电机轴承座外特性;固定在发电机外壳螺栓接合面和发电机本体基础平台，采集发电机定子外特性振动数据。将独立探头数据，结合TSI数据一并进行分析。

2.2.1 负荷调整试验

将有功功率和励磁电流尽可能降低、有功功率不变增大励磁电流、有功功率至最大励磁电流网调调整，在此3种工况下，实时采集数据。

在进行变负荷试验期间，6-8号轴瓦振动矢量有明显变化，但该变化处于较低水平，未见与异常振动相似的振动。由此判断，异常振动的发生与机组负荷的变化无强相关性。

2.2.2 压紧油油温调整试验

调整压紧油油温由运行期间38℃降低到33℃，而后恢复到正常值，实时采集数据。

发电机振动超标时的环境温度比本次试验时的环境温度要低，密封油温调整试验期间，各轴瓦的振动矢量有明显的影响，但所有振动值亦处于较低水平，未见与异常振动特征相似的振动。试验证明压紧油的温度的变化不是引发异常振动的主要原因。

2.2.3 密封环压紧油流量调整试验

流量调整分为励磁侧和汽轮机侧，汽轮机侧由正常运行值260 L/s梯度降低30%直至0 L/s，后恢复到260 L/s;励磁侧由正常运行值230 L/s梯度升高30%至290 L/s后，再梯度降低30%直至80 L/s，然后梯度30%恢复到正常运行值。

在调整励磁侧压紧油流量时(处在7号轴瓦处)，监测到与机组异常振动具有相同特征段的振动。如图5所示，可以看到轴系发生了明显的规律性振动，随着励磁侧密封油流量降低振动升高，恢复到正常流量过程中，振动也趋向平稳。如图6所示，在振动频谱瀑布图中，亦可以发现以上规律。在图7所示的极坐标图中，同样出现了和异常振动具有高度相似特征的振动。

图5 6-8号轴瓦压紧油流量调整试验振动趋势

图6 6-8号轴瓦压紧油流量调整试验频谱瀑布示意

图7 6-8号轴瓦压紧油流量调整试验极坐标

通过降低励磁侧密封油流量试验，在振动趋势图、频谱图、和极坐标图中，出现了和3月16日异常振动相似的振动特征。

通过以上试验可以证明：降低励磁侧密封油流量，与机组异常振动的发生有明显的相关性。

此外，全部试验过程中，独立探头B&K VS080监测到8号轴瓦瓦振幅值较高，有3次和多次谐波成分，说明8号轴承座和基础台板的固定不牢固。

3 处理措施及效果

通过上述分析，调整1号机组7号轴瓦密封压紧油流量为建议值，力矩校准发电机侧所有地脚螺栓，截至2020年7月9日，再无异常振动。

4 结束语

为找寻异常振动的原因，研究了振动机理，并围绕发电机轴系系统进行了试验，通过多种方法分析数据，最终在不停机的情况下，通过调整励磁机密封油环流量解决了异常振动，对相关类型汽轮发电机组不停机解决异常振动，有积极的借鉴作用。同时，提供了独立振动探头，同期监测基础台板振动，并将此监测信号并入到问题分析中，为解决汽轮机组异常振动的查找，提供了一种方法。