某臺600 MW發電機突發振動故障診斷及處理

胡劍剛，周軼喆，應光耀，王崇如，李國明

（1.國電浙江北侖第一發電有限公司，浙江寧波315000；

2.國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014）

某臺600 MW發電機突發振動故障診斷及處理

胡劍剛1，周軼喆1，應光耀2，王崇如1，李國明1

（1.國電浙江北侖第一發電有限公司，浙江寧波315000；

2.國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014）

某臺阿爾斯通600 MW亞臨界機組突發工頻振動現象，通過振動特征分析、線路故障錄波診斷為外部線路沖擊引起的勵磁機對輪錯位，通過控制懸臂梁勵磁機轉子安裝質量、加大對輪螺栓緊力和精細動平衡，最終消除了勵磁機振動大的問題。

發電機；勵磁機；工頻突變振動；動平衡

0 引言

突發性振動是汽輪發電機組運行中常見的危害性較大的振動故障，輕者導致機組跳閘，重者損毀發電設備。突發性振動的診斷和治理一直是振動處理的熱點和難點問題。典型的突發性振動故障有：轉動部件（葉片、圍帶、靠背輪螺栓檔板等）飛落故障、靠背輪錯位、油膜振蕩（油膜渦動）、汽流激振、發電機轉子匝間短路。對于突發振動的識別，通過頻譜分析手段可辨識油膜振蕩和汽流激振等自激振動[1]，文獻[2]和文獻[3]研究了轉動部件脫落故障的振動特征和定位方法，文獻[4]診斷一起典型對輪錯位故障，文獻[5]報告了一起匝間短路引起的突變故障。

通過對懸臂梁結構的勵磁機振動特征分析，介紹一起外部線路沖擊引起的發電機轉子突變振動，給出了分析診斷過程，采取了精細動平衡、提高螺栓緊力等措施消除故障，確保了機組安全運行。

1 機組概況

某發電廠2號機為法國阿爾斯通公司制造的單軸、雙背壓、凝汽式600 MW汽輪發電機組，機組軸系由高壓轉子、中壓轉子、低壓轉子A、低壓轉子B、發電機轉子、勵磁滑環小軸以及10個支持軸承組成，各個轉子之間均采用剛性聯軸器連接，軸系布置如圖1所示，發電機-勵磁機雙支撐，勵磁小軸懸掛在10號瓦外端，呈懸臂梁結構。每道軸承水平、垂直方向各配置1個渦流傳感器，測量轉子軸振。2014年3—6月進行第3次A修，10號軸承未作任何改動，為改進勵磁機油擋輕微滲油的情況，在大修期間將勵磁機上的原梳齒式油擋改成接觸式浮動環油擋。新油擋共3道齒，每個齒的寬度約5 mm，材質為非金屬。

2 振動故障現象

機組大修啟動后，軸系整體振動較好，10號軸振雖然存在小幅度波動，但仍然在合格范圍之內，其他各瓦軸振均在優良范圍之內。500 MW工況下，10號瓦軸承水平振動均值為90 μm，垂直振動均值為60 μm。8月8日，2號主機負荷投入主動控制，機端電壓投入AVC（自動電壓控制），機組負荷約在490～500 MW區間緩慢上行。8∶40，機組軸系10號軸振發生階躍式突變，10號水平振動由103 μm突升至125 μm，垂直振動由90 μm突升至100 μm，之后振動持續爬升，見圖2。

圖210 號瓦振動突變趨勢

由圖2可知，機組進行快速降低負荷出力，減無功，10號軸振無明顯改善，10號瓦軸承水平振動最高爬升至139 μm，垂直振動最高爬升至122 μm。09∶08，10號軸振再次發生突變，10號瓦水平振動由最高點139 μm階躍下降為136 μm，垂直振動由最高點122 μm階躍下降為116 μm，止住上升勢頭，保持穩定運行。

由頻譜分析可知，突變振動為工頻分量，幅值突變的同時，工頻相位也發生了變化。在0.5 h內，10號軸振發生了2次突變，對振動的影響是不同的，一次突變增大，一次突變減少。突變后的振動與機組有功、無功、勵磁電流、氫溫和密封油溫無明顯的關系。突變發生在發電機轉子與勵磁機小軸側，對9號軸振也無大影響。

3 故障診斷與分析

正常運行中發電機-勵磁機發生強迫性突變性振動的常見原因有：匝間短路、對輪錯位、轉動部件脫落等[4]。

3.1 轉子匝間短路

發電機轉子匝間短路，同樣具有突發性振動的特點，其故障對軸系的作用有電磁力不平衡和轉子熱彎曲。發電機轉子匝間短路，其軸系振動與勵磁電流有明顯的關系，隨著機組減負荷，軸系振動應該能夠減少。發電機轉子及支撐結構相對來講是對稱的，如果是這種故障，軸系振動反映強烈的應該是9號和10號軸承，而不僅僅是10號軸承；可見與該廠2號機組的振動現象和特征不符，應該排除。

3.2 轉動部件脫落

轉動部件脫落故障具有典型突發性、振動1X頻率和一旦發生后即穩定（不隨負荷變化）的特征。根據文獻2的脫落定位準則，計算突變前后振動的矢量變化，無法得出符合位置的轉動部件脫落。

由于阿爾斯通無刷勵磁機采用懸臂梁支承，勵磁機質量對發電機轉子軸振的不平衡響應非常靈敏，勵磁機臨界轉速初始設計值為2 750 r/min，使得臨界轉速接近工作轉速，嚴重影響了勵磁機振動的穩定性。如果勵磁機有轉動部件飛脫，導致的不平衡響應大，而且更不穩定，會使得10號軸振大幅度波動。而多次發生飛落的零部件故障可能性也不大。綜合上述分析判斷，勵磁機轉動零部件無脫落可能性。

3.3 靠背輪錯位

轉子間靠背輪移位，即轉子間同心度發生變化，是機組軸系振動發生突變的另一種重要故障，其故障引起的振動具有突發性、1X頻率，瞬間變化完成后機組軸系振動相對穩定。轉子靠背輪移位是由于外部沖擊轉動力矩超過了靠背輪螺栓緊力而導致對輪之間的錯位，在運行中容易發生多次錯位，錯位是隨機的，導致振動變大變小都有可能，完全符合該機組的振動現象與特征。

3.4 系統線路沖擊

機組運行中要產生大扭矩才有可能克服螺栓緊力產生對輪移位。正常運行中的機組會產生大扭矩一般原因是：電網系統的沖擊，線路跳閘和重合閘，帶來的瞬間大電流會作用在發電機轉子上產生較大的扭矩，當扭矩力足夠大時，能克服對輪螺栓緊力，使得對輪錯位，軸系產生新的不平衡量，導致振動的突變。

圖12 號機組軸系布置

查閱500 kV線路故障錄波器，發現在8∶40，有1條500 kV線路跳閘，重合閘失敗。2號機組AVC自動撤出，無功跳躍183 Mvar→263 Mvar→188 Mvar，勵磁電流2 360 A→2 470 A→2 385 A，500 kV系統電壓520 kV→386 kV→512 kV；與第一次軸振振動突增故障吻合。09∶08，500 kV故障錄波器再次動作，另1條500 kV線路跳閘，重合成功。2號機組無功跳躍79 Mvar→163 Mvar→77 Mvar，500 kV系統電壓519.7 kV→386 kV→514.8 kV，與第二次軸振突降吻合，見圖2。

4 處理措施

根據上述分析診斷結果，停機檢查發電機-勵磁機對輪的同心度，檢查結果為0.05 mm，嚴重超標，勵磁機靠背輪還存在接觸面不足。

重新連接勵磁機轉子，嚴格控制勵磁機晃度，發電機-勵磁機靠背輪螺栓緊力到位，為防止高速情況下螺栓緊力松動，在緊力到位后再盤車一段時間，停盤車再緊，如此反復幾次，以確保發電機-勵磁機靠背輪螺栓緊力到位。這次修復，把勵磁機同心度調整至0.015 mm，接觸面不足的問題得到妥善解決。

勵磁機重新裝復后啟動，未再現突變振動，但是，勵磁機仍然存在定速爬升波動問題。由表1可知，修復后10號軸振仍然偏大，且存在一定程度的爬升，是懸臂梁結構的通病。為此，通過精細動平衡來處理，在勵磁機轉子上加重98 g，有效降低勵磁機殘余不平衡量，使得機組即使振動有所波動，波動的上限仍在優良范圍。

5 結語

某廠2號機組突發性振動通過振動特征分析和線路故障記錄，診斷為發電機-勵磁機對輪錯位。阿爾斯通勵磁機因其懸臂梁結構的特點，機組振動不平衡響應靈敏，易受外部因素干擾，從而普遍存在勵磁機振動波動爬升，通過嚴格控制勵磁機的安裝質量，結合精細動平衡技術，能夠有效抑制勵磁機振動。

表1 勵磁機修復后啟動后振動數據

[1]張學延，王延博，張衛軍.超臨界壓力汽輪機蒸汽激振問題分析及對策[J].中國電力，2002，35（12）∶1-6.

[2]童小忠，應光耀，吳文健，等.汽輪機轉動部件脫落故障的識別方法研究[J].振動、測試與診斷，2012，32（5）∶462-264.

[3]宋光雄，陳松平，宋君輝，等.汽輪機汽流激振故障原因及分析[J].動力工程學報，2012，32（10）∶770-778.

[4]童小忠.寧海發電廠1號機組異常振動分析診斷與處理[J].汽輪機技術，2008，50（4）∶306-308.

[5]劉樹鵬，葛祥.某電廠發電機振動故障診斷及處理[J].大電機技術，2016（3）∶15-18.

[6]李曉暉，葛晶晶.300 MW汽輪機通流改造后振動問題的分析和處理[J].浙江電力，2016，35（6）∶49-52.

[7]張志恒，曾名劭.某185 MW汽輪發電機組低頻振動分析及處理[J].浙江電力，2016，35（5）∶49-52.?

（本文編輯：徐晗）

Diagnosis and Treatment on Abrupt Vibration of a 600 MW Generator

HU Jiangang，ZHOU Yizhe，YING Guangyao，WANG Chongru，LI Guoming
（1.Guodian Zhejiang Beilun No.1 Power Generation Co.，Ltd.，Ningbo Zhejiang 315000，China；
2.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

Power frequency vibration occurs abruptly on an Alstom 600 MW subcritical unit.By vibration characteristic analysis and line fault record，it is determined that the vibration is caused by displacement exciter shaft coupling due to external line impact.By installation quality control of cantilever exciter rotor，coupling bolt fastening and dynamic balance refinement，the fierce vibration of the exciter is eliminated.

generator；exciter；abrupt power-frequency vibration；dynamic balancing

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）01-0061-03

2016-10-21

胡劍剛（1974），男，工程師，主要從事于汽輪機運行技術研究。