某台汽轮发电机不稳定低频瓦振分析

李斌 杨建刚 柴岩

摘要：通过对某台汽轮发电机组启停机、增减负荷过程中轴系振动的全面测试，分析了发电机瓦振突变原因，指出电磁干扰是不稳定振动的根源。本例中，电磁干扰产生了频率为6.5Hz左右的低频分量，其幅值存在不规律性和突变性。通过将磁电式速度传感器更换为压电式速度传感器，解决了机组不稳定振动。介绍了机组振动特征及分析过程，分析了电磁干扰来源，指出电磁干扰现象可能与发电机径向或轴向磁力中心不正有关。

关键词：汽轮发电机;振动;电磁干扰

中图分类号：TK263.2

Abstract： The cause of the sudden change of the bearing vibration of a turbine generator is analyzed via a comprehensive test during the start and stop process and the load increasing and reducing process of the unit. Test results show that electromagnetic disturbance is the cause of the unstable vibration. In this case， electromagnetic disturbance generates a low frequency component of 6.5Hz， where its amplitude indicates irregularity and sudden change. By replacing the magnetoelectric velocity transducer with a piezoelectric velocity transducer， the unstable vibration of the unit is solved. The vibration characteristics and analysis process of the unit are introduced. In addition， the source of the electromagnetic disturbance is analyzed. It is pointed out that the electromagnetic disturbance could possibly be related to the deviation of the radial or axial magnetic center of the generator.

Key Words： turbine generator; vibration; electromagnetic disturbance

0 前言

某电厂一台新安装的9E系列燃气—蒸汽联合循环发电机组，在启动调试过程中，发电机轴承瓦振出现不稳定振动，振动信号中含有大幅低频分量，导致机组多次跳机，严重影响了新机调试进程。

通过对机组启停机、增减负荷过程中振动的全面测试，分析了发电机瓦振不稳定原因，指出电磁干扰是不稳定振动的根源。通过将磁电式速度传感器更换为压电式速度传感器，解决了机组不稳定振动。

介绍了机组振动特征及分析过程，可以为同类振动问题的分析提供参考。

1 机组介绍

某台9E系列联合循环发电机组配套的汽轮机为60MW，轴系由汽轮机转子、发电机转子、励磁机转子组成，励磁机采用悬臂结构，轴系共有4个轴承，轴系布置如图3所示。

每个轴承上安装有x和y方向上的轴振传感器，合计8个轴振测点，瓦振传感器安装在轴承座的正上方。在机头处安装有测量相位的键相传感器。振动测点布置如图2所示。

2 机组振动现象

2.1 突变前后振动变化趋势

2017年5月20日01：18，机组首次启动并定速3 000 r/min。定速后，#4轴承瓦振突变，振动最大值约为97μm，导致机组跳机。跳机前后其余各轴承的瓦振及轴振无明显变化。跳机前后机组各点瓦振变化趋势如图3（a）所示。03：00左右，机组再次冲转。03：30升速至3 000 r/min。因4瓦瓦振不稳定，降速暖机，此過程趋势如图3（b）所示。05：00机组第3次升速。升速接近3 000 r/min时，4瓦瓦振突变。现场实测，4号轴承垂直和水平方向振动都不大，<30μm，手动打闸停机。此过程振动变化趋势如图3（c）所示。

5月21日02：30，机组第4次启动冲转。05：17定速3 000 r/min，此过程中各轴瓦振动稳定。定速至5月21日16：28，电气开始励磁实验，对机组起励。试验过程中，3瓦和4瓦开始出现波动，随后4瓦瓦振大跳机。跳闸前就地实测4瓦垂直和水平方向振动不大。此过程振动趋势如图4所示。

综合多次突变前后振动变化趋势，其变化特征可以总结如下：

（1）振动变化具有突变性，可以在几秒钟内突变;

（2）振动变化具有随机性，没有明显的规律;

（3）振动突变主要表现在发电机后轴承上，4号轴承座振动突变时，4x和4y轴振基本上没有变化，其余轴振测点和瓦振测点变化也不大。

2.2 跳机前后振动波形

查询机组所配振动监测保护TDM系统，5月20日 05：35时间段附近跳机前振动波形图如图5所示。从波形中可以看出，振动突变后，#4瓦轴振及#3瓦瓦振波形比较规则，但#4瓦瓦振波形较为杂乱，没有规则。

2.3跳机前振动频谱

05：35时间段附近跳机前振动频谱如图6所示。振动增大后，4号瓦振中出现了较大幅度的低频分量，对应频率为6.14Hz，其幅值达到99μm。4x/4y测点轴振信号中虽然含有较大的二倍频分量，但这是由于发电机转子结构不对称所引起的。相比之下，其余各点轴振和瓦振频谱比较规则，以工频分量为主。

2.4启停过程振动分析

机组因振动大而跳机后，转速从3 000 r/min下降到2 900 r/min，振动即会大幅度减小，恢复到正常状态。

3 振动分析

3.1 检查项目

根据上面的测试数据及现场反馈情况，#4机组振动主要存在4号瓦振不稳定和突变问题，决定利用停机机会进行检查，具体包括：

（1）检查发电机两侧端盖与轴、轴与轴承乌金、轴与轴承两侧油档之间摩擦情况;

（2）检查#3、#4轴承下瓦乌金面工作情况，同时检查#3、#4轴承润滑油进油管是否堵塞，导致轴承进油不足;

（3）检查#3、#4轴承瓦振信号测量回路是否存在多点接地，信号线屏蔽层是否存在异常。TSI系统有严格的接地要求，不正确接地方式（如机柜接地虚焊、多点接地等）将会直接影响系统抗干扰能力;

（4）检查碳刷与轴的接触情况，碳刷是否存在接地不良，减小轴电流干扰;

（5）检查#3、#4轴承座轴承绝缘，电阻不得低于0.5MΩ。

上述检查结束后，建议在现场就地架表，采取压电式振动速度传感器测量#3、#4轴承座垂直、水平和轴向振动。为便于比较，测试时同步接入TSI系统#3、#4轴承瓦振信号。

3.2 检修后开机振动情况

本次检修，更换了一段屏蔽线。再次开机，#4瓦振动波动幅度有所减小，没有出现前面多次开机出现的突跳现象，但#4瓦波动现象依然存在，6.5Hz左右的低频分量依然是引起振动波动的主要原因。

虽然TSI和TDM检测到的振动波动幅度较大，但我们采用压电式速度传感器测得的#3瓦和#4瓦振动稳定，波动幅度较小。

通过大量的试验，确认振动波动是TSI系统受到干扰。从TSI缓冲输出口逐步向传感器侧排查，最终发现传感器输出信号本身就已经受到了较大干扰。将#3、#4瓦侧磁电式振动速度传感器更换为压电式振动速度传感器后，#3瓦和#4瓦振动稳定，波动现象消失。

3.3 电磁干扰原因分析

试验中还发现，该机组同时存在励磁升压过程中发电机两侧轴承座轴向振动突增现象。轴向振动突增后，振动频率基本上都是100Hz二倍頻分量，励磁升压去除后，轴向振动突降。多次试验表明，升压和降压过程中轴向振动重复性很好。这是一种典型的发电机电磁激振现象。当发电机径向或轴向磁力中心不正时，容易产生这样的电磁激振力。发电机磁力中心不正也有可能会形成电磁干扰，对磁电式速度传感器输出信号产生很大影响。

4 结论

（1）通过对机组启停机、增减负荷过程中振动的全面测试，指出电磁干扰是不稳定振动的根源。对于本机组而言，电磁干扰产生了频率为6.5Hz左右的低频分量，而且低频分量幅值存在不规律性和突变性;

（2）通过将磁电式速度传感器更换为压电式速度传感器，解决了机组不稳定振动;

（3）结合该机组电磁激振引发的发电机轴承座轴向振动问题，认为电磁干扰现象可能与发电机径向或轴向磁力中心不正有关，建议进一步开展相关试验研究。