半速汽輪機振動異常原因排查與解決策略

賈玉強，鄭敏華

（福建福清核電有限公司，福建 福清 350318）

某核電廠汽輪機是由東方電氣集團采用ALSTOM技術生產的ArabelleTM 1000MW級大型半速汽輪機。在機組調試期間，曾經連續三次出現汽機2號軸瓦振動異常，超過手動打閘閾值130μm，導致被迫停機。通過對三次振動異常現象過程中機組參數的研究分析，確定了振動異常發生的原因和處理措施，經后續沖轉并網的驗證，最終解決了此問題，對于采用同一類型汽輪機的同行電站有借鑒意義。

1 汽輪機三次振動異常的描述

（1）第一次振動異常描述。2016年10月7日2點，100%FP平臺停機不停堆試驗后沖轉并網，3號汽輪發電機組在并網后升功率過程中GME006MV振動最高達131.7μm，按規程手動打閘停機，打閘停機后2號瓦相對振動升高，垂直方向最高達242.3μm，水平方向均超量程，達到308μm。

（2）第二次振動異常描述。2016年10月7日22點，機組重新執行沖轉并網操作，在沖轉期間各項參數均正常，并網后發現GSS002VV同樣被置于手動27%開度，操縱員迅速重新開啟該閥門后，中壓缸排汽溫度穩步上升，2#瓦的振動數值最大到88μm，之后緩慢下降，隨后在升功率的過程中振動值穩定在22μm左右。

（3）第三次振動異常描述。2016年10月8日晚，執行100%FP功率平臺甩孤島后重新并網過程中，通過500kV超高壓斷路器重新并網后，汽輪發電機2#軸瓦振動持續升高，GME006MV振動高達到130μm，手動緊急打閘停機。

2 原因分析及故障排查

（1）原因分析。一般來說，汽輪機振動高通常發生在啟停過程中。汽輪發電機組在啟停過程中，當轉速達到臨界轉速時，機組出現劇烈振動，而超過這一轉速后振動又會減小，恢復正常。引起汽輪發電機組振動的原因很多，主要原因有制造水平不高、安裝不夠合理、檢修和運行管理水平不高等，而且它們之間又是相互影響的。

（2）故障排查。結合現場汽機振動的實際情況，重點從以下兩個方面進行故障排查：①中壓缸通流間隙的數據對比與分析。汽輪機內部發生摩擦會引起振動。經核實汽輪機安裝階段通流間隙數據發現，3號機組高中壓缸徑向通流間隙雖滿足安裝要求，但是與1號和2號機組進行比較發現存在如下問題：中壓缸徑向通流間隙在不同方向上均存在偏下限的情況；中壓缸四個級的下部間隙均恰好為下限值；中壓缸四個級的右部間隙均只比下限高0.02～0.05mm；中壓第三級徑向通流間隙上下左右四個方向上均僅比下限高0.00～0.05mm。②中壓缸排汽溫度與二級進汽閥門開度的數據對比與分析。汽輪機缸體溫度變化直接影響汽缸的膨脹，使得汽輪機的轉子和定子之間的間隙發生變化，從而可能導致碰摩（表1、2）。

根據幾次的數據顯示：中壓缸排汽溫度GME056MT在沖轉、并網過程中都會有所下降。轉速為0～200r/min，下降約2℃；轉速為200～500r/min，下降約8℃；轉速為500～150r/min，下降約5℃；并網至55MW期間下降13℃左右。從55MW開始，以2MW/min的速率升負荷期間，閥門逐漸開大，二級再熱蒸汽壓力逐漸升高，中壓缸排汽溫度也逐漸升高，進入一個良性的動作響應過程。而中壓缸的缸體的溫度變化不大。

表1 中壓缸排汽溫度對比

表2 相同試驗下中壓缸排汽溫度與閥門動作情況對比

3 消除振動高故障處理方案以及運行控制策略

（1）處理方案。基于上述分析排查，可以看出汽輪機轉子和靜子之間的通流間隙過小，導致梳齒之間的碰摩。需在3號機組大修時進行檢查，如通流間隙已超下限，將其調整至標準范圍內偏上限。機組沖轉并網前將電功率信號的質量位屏蔽，防止二級再熱供汽壓力控制閥門被置于手動，采取的措施：在電功率表輸出到汽水分離再熱器的控制回路上增加500ms的延時。同時增加閥門切換到手動時的報警，以提醒運行人員及時干預。當KKO003/004/005MW產生質量位后，一路送往汽水分離再熱器二級再熱控制邏輯中，期間經過一個500ms的上升沿延時，從而避免了并網瞬間對二級再熱供汽壓力控制閥門控制產生影響。采取上述措施后經再次驗證，機組沒有再發生振動高的現象。

（2）運行控制策略。根據半速汽輪機的特點，經過探索，建議在機組升、降負荷過程中采取如下運行控制策略：①冷態啟動時，在轉速為100r/min時短暫停留，進行聽音和摩擦檢查。完成后直接上升到200r/min時停留2小時暖機，沖轉到500r/min后再次進行現場聽音摩擦檢查，沖轉到1500r/min時停留0.5小時后再并網。②熱態啟動時汽機不進行暖機操作，200r/min平臺檢查（半小時內），500r/min平臺檢查無異常后升轉速，轉速達1500r/min后檢查無異常（半小時內）盡快并網提升功率。③垂直方向相對振動大于90μm時，停止升降功率，穩定負荷。如振動持續上升，高于110μm時以60MW為目標功率，以5MW/min的速率開始降功率，當振動再次小于90μm時，停止降功率，穩定觀察。仔細檢查振動、膨脹以及軸承金屬溫度的變化，用便攜式設備測量局部振動。④汽輪機經過臨界轉速區時（700～1200r/min），主控密切監視汽輪發電機軸振、瓦振值。在此臨界轉速區內，汽輪機嚴禁停留；特別注意機組振動監測，在第一臨界轉速前，如出現軸振動過大，應停下來分析原因并進行處理，不得強行升速。⑤負荷不要停留在低于50MW（5%FP）的水平，如果無法避免，則在該平臺的時間不要超過2小時，并且低壓缸的噴淋冷卻系統要投運。不能在50MW功率水平連續運行超過8小時。⑥機組發生甩負荷等重大瞬態期間，密切關注汽水分離器二級再熱進汽閥門的動作情況，必要時手動控制開度，避免中壓缸進汽溫度下降超過30℃。

4 結語

在不考慮汽輪機停機解體檢修的情況下，通過有效控制汽水分離再熱器二級進汽的閥門開度，改變進汽量從而保證汽輪機中壓缸溫度不發生大幅度波動可以在一定程度上緩解和消除動靜摩擦。采取本文提供的運行控制策略則可以有效避免振動高出現，確保汽輪機啟動安全。