汽輪發電機異常振動的原因分析

摘 要：發電場所中最普遍遇到的事故是汽輪發電設備的不正常振動。其主要原因是汽輪發電設備中轉子旋轉不等同及熱效果等因素致使汽輪發電設備出現異常振動。文章綜合項目中實際遇到的情況對不正常振動展開解析，為發電設備工作頻率震動異常判斷進行了簡要的分析并提出了相應的解決辦法。

關鍵詞：汽輪發電機；振動；原因

1 發電機轉子不對稱導致振動的原因分析

因為風道的阻塞以及匝間絕緣故障造成通風存在阻塞，致使轉子冷卻不等同，還有徑向溫度具有差異，進而出現熱不均衡震動。震動次數是工頻，并且冷卻液溫度低，震動大。如果風道出現堵塞的現象，就會造成其內部溫度升高，如果氫氣作為冷卻介質比較低的溫度情況，豎直方向溫度差異比較大，伴隨著氫氣溫度的上升，其徑向溫度差異變小，所以經過改動冷卻介質氫氣的進入溫度能夠推斷出其內部是否存在冷卻事故。同一相的線圈繞組匝之間的短路以及風道部分不暢通時，第一發生改變的是繞組的溫度，經過絕緣結構傳達到轉子，但是轉子自身的溫度容量大，相比繞組來講，變化速度慢，所以震動伴隨著勵磁電流的變化而成正比變化，不過勵磁電流有時候會出現時間滯后的情況。

2 熱效應導致振動的原因分析

2.1 轉子繞組出現的匝間短路

導致發電設備同一相的線圈組匝之間短路發生事故的緣由不少，大多是因為同一相的線圈組匝之間絕緣出現問題導致的，尤其是轉子兩端附近的同一相的線圈之間短路事故很容易就會改變轉子震動的情況。同一相的線圈之間短路事故大多產生在工作時間比較長的設備中，由于繞組出現同一相的線圈之間短路事故是伴隨著設備工作時間的邊長而慢慢的變得更嚴重。在設備的工作中，因為工作中的線圈組在離心力的帶動下會出現位移的情況。冷卻起動設備時，轉子電流飛速增長，因為銅鐵之間存在溫度差異這使銅線會受到日積月累的改變，致使同一相的線圈組匝絕緣部分形成損壞。在工作中內冷線圈組不暢通，內部部分線圈組絕緣部分損壞。

轉子繞組匝間短路將造成繞組間的阻抗降低，形成局部過熱點。轉子繞組匝間短路引起的振動往往隨轉子電流增加而變化，屬于重復性的一類，可以通過轉子平衡將這種新增加的振動熱矢量消除。但同時應注意匝間短路還可以引起磁通量的不對稱，出現不對稱的磁拉力，這種磁拉力可以激發1倍頻、2倍頻和4倍頻振動，而且由電磁力引起的振動在斷電后會立即消失，因此對匝間短路可以通過頻譜和解列后振動有無突變做出分析。

2.2 轉子的冷卻回路受阻或者出現不對稱的冷卻截面

轉子冷卻介質的閉合電路阻塞抑或發生不等同的冷卻截面其附近的溫度亦會不均衡，就像線圈組疊加在一起的線圈之間短路，致使轉子形成熱效應出現變形。出現這種事故大多是由于水內冷轉子的發電設備，轉子中其冷卻介質是經過勵磁設備邊側的核心部位流入這方向的水室，水室內經過分撥后流入絕緣管道內進入各個線圈組內，其流經線圈組之后從汽輪設備的外側絕緣管道排出設備，經過冷卻設備再加工冷卻之后再進行運用。伴隨著設備工作時間的變長，轉子內部各個配件內具有的冷卻介質具有不一樣的障礙，造成水流不平衡，導致發電設備轉子熱效應變形，進而造成震動的不正常現象。除此之外，針對發電設備中氫氣制冷也會造成風道雜質阻塞，線圈繞組匝之間絕緣密封墊片裝置中有墊片偏離抑或沒有裝置的現象，在工作中因為墊片的不穩定導致線圈組通風處阻塞等現象，這種情況下轉子內部會形成不等同的冷卻截面。

2.3 轉子線圈和線槽之間的滑動

假如轉子繞線組在槽內裝置的不勻稱，電線以及槽楔之間、邊側電線以及內壁之間都會形成不勻稱的阻力。當轉子電流增多時，繞線組電線不可以自由的勻稱的伸展，遇阻力比較大的電線會在轉子豎直方向產生作用力，進而只是轉子在這個方向上發生變形。普遍來說，轉子電流與其變形情況成正比。因為電線的伸展受到妨礙在有的時候不是持續的，所以繞線組的伸展大多是階躍的情況，轉子震動的改變會導致有的部位形成突跳情況。如果伸展受到的妨礙力比較大的時候，就算是轉子電流不大，其也很難恢復到原來的部位，震動改變情況是不會徹底改變的，當轉子震動情況很嚴重時停止運轉再進行開啟，其震動就會變為原樣。

2.4 護環、中心環的錯位安裝

發電設備軸承支撐的旋轉體兩邊的頂部繞線組在工作中會形成離心力以及受熱會伸展，假如護環、心環裝置不是以抑或護環在受到阻礙的時候出現形狀的變化，都會致使上部繞線組順著轉子半徑方向出現位置的移動、形狀改變以及偏離核心，抑或心環不能夠再繼續穩固護環和轉軸在一個中心線上的用途，對轉子震動形成作用。普遍來講，懸掛式護環能夠比剛性護環所感應到的上部繞線組因受熱形狀發生改變的能力更強。

3 發電機異常振動故障示例

某電廠一臺6MW小型汽輪發電機組，軸系由汽輪機轉子和發電機轉子組成。每個轉子由2個軸承支撐，其中1號和2號軸承對應汽輪機轉子，3號和4號軸承對應發電機轉子。這項設備經過大規模修理之后第一次開啟進行使用，由于震動太大，設備達不到臨界轉動速度。經過三次對其的均衡調節，依次解決了其臨界轉動速度、作業轉動速度以及滿載重情況下的震動。不過此設備工作兩天之后，震動情況又加重，直到保護震動的配件開始阻攔。對震動情況開展了整體的解析，確定轉子和汽封間出現的摩擦是致使不正常震動的主要因素。找到原因進行處置，同時再次開展了高速度轉動均衡，獲得了很好的成效。機組設備經過大規模維修之后首次啟動，轉動速度達到一千三百圈每分鐘時，發電設備前軸承發現不正常震動，震動頻率達到90Lm，如果轉動速度達到一千五百圈每分鐘時，三號瓦的震動頻率達到160Lm，設備就被迫停止運轉。從振動頻譜上看，振動信號以工頻分量為主，振動故障屬于強迫振動一類，很可能是由于發電機轉子不平衡引起的異常振動。因而，應首先考慮進行發電機轉子動平衡試驗。在對機組振動特性進行分析的基礎上，只通過1次加重就使機組順利通過臨界轉速，臨界轉速下最大振動值從158Lm減小到56Lm，但是3000r/min下3號瓦水平振動為40Lm。從振動頻譜上看，振動信號仍然以工頻分量為主，因此，再次調整時應加重減小空載下的振動。在轉子兩端同時加混合形式的配重，通過1次加重就將過臨界轉速時3號瓦的振動降到30Lm，空載下3號瓦的振動減小到30Lm。但在帶負荷過程中，振動會隨負荷的增加逐漸上升。當負荷為5.5kW時，3號瓦水平方向的振動幅值達到54Lm，其余幾個軸承的振幅都在30Lm以下。為消除帶負荷后的振動，進行第3次調整加重。在轉子兩端加重P3=160gN70b，P4=160gN280b，滿負荷下各瓦振動小于30Lm。通過3次動平衡試驗消除了臨界轉速、空載及滿負荷狀況下的振動，每種工況下的平衡試驗都一次完成，且效果明顯。

4 結束語

結合實例分析了汽輪發電機振動產生的原因，工頻振動是發電機轉子系統中常見故障原因之一，是決定采用何種措施消除振動的關鍵，該分析結論為現場發電機工頻振動診斷提供了分析判斷的思路和方法。

參考文獻

[1]陳學杰，楊薛亮.汽輪發電機轉子工頻振動的原因分析與診斷[J].電力設備，2006，7（12）：67-70.