密封油溫度低導致發電機振動偏大問題分析與處理

錢林鋒，蔡文方，楊典兵

（1.杭州意能電力技術有限公司，杭州310014；

2.國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014）

密封油溫度低導致發電機振動偏大問題分析與處理

錢林鋒1，蔡文方2，楊典兵1

（1.杭州意能電力技術有限公司，杭州310014；

2.國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014）

某發電廠1臺1 000 MW汽輪發電機組在調試過程中，首次沖轉3000r/min及帶負荷過程時，發電機振動偏大且波動不穩，在甩50%負荷試驗機組惰走過程中，發電機前軸承端蓋處摩擦出現黑煙。現場根據故障現象，立足調試參數，排除了軸瓦損傷的可能，避免了停機檢查。同時認定了該故障為發電機外油檔碰磨所致，設計缺陷導致密封油溫低是引起該故障的根本原因。

發電機振動；調試；碰磨；密封油

隨著百萬機組不斷建成投產，新建機組的設計制造水平日益提高，對調試工作的要求也越來越高。妥善處理調試中所暴露的機組設計、安裝、運行等問題，將為機組商業運行打下堅實的基礎，也為機組日后的設計改進提供參考[1]，其中振動問題的解決是機組順利通過168試運行的必要保證。

1 設備簡介

某廠2號發電機組的汽輪機為上海汽輪機有限公司和德國SIEMENS公司聯合設計制造的N1050-27/600/600型1 050 MW超超臨界、一次中間再熱式、單軸、四缸四排汽、雙背壓、八級回熱抽汽、反動凝汽式汽輪機。發電機選用上海汽輪發電機有限公司生產的THDF 125/67型水氫氫冷卻發電機，機組軸系布置如圖1所示。

圖1 機組軸系布置

發電機密封瓦的密封油來自主機的潤滑油系統，由密封油泵（主密封油泵或事故密封油泵）將真空油箱中的油經冷油器、濾油器、差壓調節閥后供至各個密封瓦。密封油進入密封環后，經密封環與發電機軸之間的密封間隙，沿軸向從密封環兩側流出，即分為氫側回油和空側回油，并在該密封間隙處形成密封油流，既有密封作用又潤滑并冷卻了密封環。

該型機組采用雙流環式密封系統，為目前較為普遍采用的形式，密封瓦電瓦座、瓦環、進油口、空側和氫側的壓力油腔組成[4]。在正常情況下，密封瓦左右端面所受的力應是平衡的，這樣其浮動性能最佳。但實際運行中由于管道布置不同，管道長度不同造成流體阻力不同，壓降不等，平衡閥、壓差閥質量不好，油質不合格造成平衡閥、壓差閥卡澀，密封瓦間隙偏大等原因均會造成平衡閥調節精度下降，使得密封瓦左右端面所受的作用力不相等，這就存在軸向力的作用，使得密封瓦的浮動性能變差，容易與轉子發生徑向碰磨。

對密封瓦左右端面上進行受力分析，在密封油壓作用下，密封環上存在著一個軸向力：

當密封瓦與轉子發生徑向碰摩時，密封環所受的摩擦力為：

式中：μ為密封瓦與密封座之間的靜摩擦系數[3]。影響徑向摩擦力N大小的主要因素有摩擦系數μ和軸向推力。影響μ的主要因素有空氣側密封油的溫度和流動阻力，可見油溫越低，流動阻力越大，μ就越大，則摩擦力越大，密封瓦的浮動性能越差，嚴重時會造成密封瓦的卡澀失靈。

2 振動特征

2號機組于2015年10月26日23∶35首次沖轉，在帶負荷期間發電機軸振最大至158 μm，停機消缺期間在低壓缸和發電機靠背輪處加重1 000 g平衡塊，加重后機組在定速3 000 r/min及滿負荷工況時，軸系振動得到較為有效的控制（見表1）。

表1 動平衡后軸振峰值μm

機組于11月12日17∶03做甩50%負荷試驗，最高轉速達到3 075 r/min，7號瓦振動爬升了22 μm，軸向位移：甩負荷前0.012/0.017/0.012 mm，穩定后-0.016/-0.020/-0.027 mm。在之后的機組停機惰走過程中，發電機汽機側外油擋處出現2次冒黑煙現象，每次持續時間僅1 s左右。查看相關數據：6號瓦瓦溫為54℃，回油溫度為47℃，主機油箱負壓為-0.51kPa，密封油溫為29℃，且惰走過程中，這些數據都平緩下降，未出現突變現象，如圖2所示。就地通過聽棒對機組各瓦進行摩擦檢查，無異音。

圖2 機組惰走過程各參數變化趨勢

在機組惰走至盤車狀態下，現場持紅外測溫儀對出現黑煙的部位進行紅外成像，結果顯示發電機轉子軸頸與外油擋結合面處有明顯發熱現象，6號瓦外油擋軸頸處比7號瓦相同位置高出16℃，同時對比另外一臺運行機組500 MW負荷工況下相同位置處的溫度，此處溫度也要高出8～10℃，如表2所示。

表21 號、2號機組6號、7號瓦軸頸溫度對比

3 故障診斷

出現黑煙及軸頸溫度爬升，通常是高速摩擦所致。于是查看此處結構圖紙，發現外擋油環與6號軸瓦有一段距離，若黑煙是由6號軸瓦燒損所致，經過較長空間再從外擋油環處噴出，則燒損情況勢必嚴重，軸瓦溫度和回油溫度必然會出現明顯的上升。而實際上在機組整個惰走過程中軸瓦溫度、回油溫度均正常，據此可排除軸瓦出現明顯損傷的可能。

發電機6號、7號瓦在第一次定速3 000 r/min和帶負荷過程中曾發生軸振較大情況，為此做過一次動平衡加重，有效降低了3 000 r/min時的振動，機組原始不平衡質量已較低。但3 000 r/min穩定運行時振動會出現爬升，并網瞬間振動有明顯下降趨勢，而在帶負荷運行過程中，振動一直存在波動。變無功試驗和變氫溫顯示振動與無功和氫溫沒有直接聯系，基本排除發電機存在匝間短路或冷卻不均的故障。

據機組惰走時的振動曲線顯示在995 r/min和650 r/min時有明顯尖峰值，分別達到140 μm和121 μm，如圖3所示，在時間上與出現黑煙的時刻相符。據此分析，認為此次現象為發電機過臨界時振動較大，幅值超過了發電機汽機側外擋油環與轉子間的間隙，引起兩者之間的動靜摩擦，冒出黑煙，在振動迅速減小后，兩者脫開，故現場出現黑煙的時間很短，僅1 s左右。

圖3 機組惰走過程中6號X振動bode圖

在機組帶負荷階段，發現發電機密封油溫度嚴重偏低，只有29℃左右，很可能導致密封環與發電機轉軸的碰磨。碰磨導致轉子出現熱彎曲，從而引起機組帶負荷階段振動爬升且不穩。長時間運行后熱彎曲量增加，使得機組停機過臨界時出現很高的共振峰，振動峰峰值大于外擋油環與軸頸間的間隙，使得兩者出現擦碰，冒出黑煙。

4 分析處理

咨詢廠家，得到該處的材料為環氧玻璃纖維板，硬度低，較易磨損，不會對轉子造成傷害。經各方協商得出結論：對此次現象暫不翻瓦處理，在啟停機的過程中加強監視。在次日的甩100%負荷試驗中，在過臨界時再次檢測到溫升，隨著擋油板的多次磨損，在之后的啟停機及機組運行時，該現象逐漸消失，一直未對機組的運行造成影響也未損傷設備。

通過就地檢查管道和查看歷史趨勢發現：密封油冷油器的冷卻水進回水管徑較粗（Φ108 mm），同時閉式水溫度較低，進入冷油器的冷卻水量太大，使得密封油溫嚴重偏低，僅30℃左右，而冷油器進口調閥已經關至最小，開度僅1%～2%，已基本失去調節作用。密封油溫度也相應地變化較大，引起冷卻水調閥大幅度變化，從而造成密封油溫度與調閥開度之間的頻繁震蕩。期間，在某一穩定負荷階段，對調節閥前后手動閥和冷油器出口手動閥進行節流，強行將密封油溫提高至40℃左右，穩定一段時間，發現發電機前后振動趨緩，驗證了對故障的判斷。

由于采取前后手動門節流來控制密封油溫，無法實現自動調節，當負荷波動時，無法準確控制油溫，投自動后油溫仍在30℃左右，問題未得到根本解決，需在后期對管道進行重新設計改造，以徹底解決密封油溫低的缺陷。

5 結語

某發電廠機組建設調試過程中，主機甩50%負荷惰走時，出現振動尖峰并在擋油板處出現冒黑煙現象，通過分析診斷，排除了機組燒瓦等嚴重故障的可能，鎖定為發電機外擋油板和轉子發生碰磨，避免了停機翻瓦檢修。進一步分析認為發生碰磨的根本原因是發電機密封油冷油器進出口管徑設計過粗，密封油溫度偏低所致。

建議廠家根據實際情況對管道作出適當修改，以確保機組運行時密封油溫在正常范圍內。此缺陷處理措施在今后同類型的機組及設備調試工作能有一定的借鑒。

[1]張寶，徐熙瑾.大型汽輪機組調試與典型問題對策[J].浙江電力，2005，20（4）∶57-60.

[2]董華，宋文濤，陸巍，等.發電機密封油系統運行中的常見故障分析[J].機電設備，2013（4）∶160.

[3]李錄平，晉風華，游立元，等.汽輪發電機組起動過程振動故障診斷與處理措施[J].熱力發電，2006（11）∶37-41.

[4]吳文健，童小忠，應光耀，等，浙江省內國產化600 MW汽輪發電機組振動綜合處理[J].浙江電力，2010，29（10）∶28-31.

（本文編輯：徐晗）

Analysis and Treatment for Generator Vibration Caused by Low Temperature of Sealing Oil

QIAN Linfeng1，CAI Wenfang2，YANG Dianbing1
（1.Hangzhou Yineng Electric Technology Co.，Ltd.，Hangzhou 310014，China；
2.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

In commissioning of a 1 000 MW steam turbine generating unit in a power plant，generator vibration occurred and fluctuated during the initial rolling with rotation speed of 3 000 r/min and load on；in 50%load rejection test and unit idling，there was black smoke due to friction at the front bearing cover.According to the fault and based on the commissioning parameters，possibility of bearing shell damage was ruled out on site，and unit shutdown for inspection was avoided.Meanwhile，it was confirmed that the fault was caused by oil baffle plate rubbing.The root cause of this fault was the design defect that leads to low sealing oil temperature.

generator vibration；commissioning；rubbing；sealing oil

項目：國家自然科學基金資助項目（51275452）；國網浙江省電力公司科技項目（5211DS14005B）

TK268+.1

B

1007-1881（2017）01-0058-03

2016-11-21

錢林鋒（1981），男，助理工程師，主要從事大型火電機組生產調試工作。