S109FA機組冷態啟動后停機過程3X異常波動分析

摘要：福建晉江天然氣發電有限公司電廠4臺機組為美國GE公司生產的S109FA燃氣蒸汽聯合循環機組，其中汽輪機型號為#158（D10優化型），為三壓、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、沖動式無抽汽純凝式機組。由于機組常用于電網調峰，故啟動次數較多，經常出現機組振動異常事件。為此，對機組振動異常事件進行了分析對比，提出了運行改進措施，為解決同類型機組的振動異常問題提供了參考。

關鍵詞：S109FA機組;冷態啟動;3X異常波動分析

1 S109FA機組軸系介紹

S109FA機組軸系由燃氣輪機、高中壓轉子、低壓轉子、發電機轉子組成，勵磁機尾端懸臂布置。軸系共有8個軸承，#1～#5軸承為可傾瓦軸承，#6～#8軸承為橢圓軸承。S109FA機組軸系的相對膨脹死點只有1個，布置在#1瓦推力軸承處，燃機側轉子往排氣擴壓段膨脹，汽輪機轉子往發電側膨脹軸系布置如圖1所示。

2 振動波動事件分析

2019年9月9日，#4機組啟動后，機組運行約19 h，在停機過程中至解列前3X振動值出現上漲且波動（穩定運行期間3X振動值約0.103 mm），波動幅值約0.04 mm，振動最大值0.184 mm，停機降速的二階3X振動值為0.151 mm（轉速2 030 r/min），一階3X振動值為0.199 mm（轉速1 005 r/min）。對比以往停機時的3X振動值，振動幅值增大0.04 mm。

2019年10月4日，機組運行約16 h，滿負荷運行時間約15 h，在停機過程中退汽后至解列前3X振動值出現上漲且波動（穩定運行期間3X振動值約0.103 mm），波動幅值約0.02～0.03 mm，停機降速的二階3X振動值為0.147 mm（轉速2 013 r/min），一階3X振動值為0.203 mm（轉速998 r/min）。對比以往#4機組出現3X振動值的波動情況，對#4機組3X振動此次發生幅值較大的波動數據進行縱向對比。#4機組冷、熱態運行期間振動及溫度數據比較如表1所示。

由表1可以看出，#4機組冷、熱態機組啟動#3瓦金屬溫度變化趨勢截然相反，出現該現象的根本原因是GE軸系設計及各軸承的標高設定不同。

從近期機組啟動數據來看（表1），機組冷態啟動后#3瓦瓦溫均出現下降，#3軸承振動值在滿負荷運行較長時間后出現上升，上漲幅值約0.03 mm。S109FA機組在機組正常運行狀態下發生#3號軸承振動值上升，原因有兩個方面：一是由于燃機透平間有熱氣泄漏造成燃機透平間空間溫度升高，燃機前后支腳膨脹增大，燃機整體抬升;二是可能來自環境溫度的突然下降或者BT風機出力出現異常，燃機膨脹出現改變，左右或前后支撐腳膨脹出現偏差。這兩種情況下的振動一般在燃機啟動初始階段不明顯，隨著機組滿負荷運行時間達到一定時間時，振動值開始上升，此時燃機透平間內環境溫度達到最大且燃機充分膨脹。

2019年9月9日，#4機組滿負荷連續運行小時數達到12 h且機組運行小時數達到19 h，同時#1、#3瓦瓦溫出現緩慢上漲（約5～7 ℃）和下降（約7～9 ℃）的情況，從瓦溫反映出軸承的負載分配情況來看，#1瓦出現重載、#3瓦逐漸輕載有失穩現象，事后從振動監測系統查閱發現以及從振動頻譜圖中看出，軸振3X波動時存在6 Hz左右的低頻分量，且此低頻分量是引起振動峰值大的原因。對比2019年10月4日#4機組冷態啟動后停機現象，和2019年9月9日一致，但振動幅值明顯較小。通過縱向對比，發現#3機組出現的3X波動情況和#4機組基本相似。

3 S109FA機組3X振動值波動大的干預措施

（1）考慮到GE公司的S109FA機組軸系特點，機組避免長時間滿負荷連續運行，如果機組長時間滿負荷連續運行小時數超過6 h，應向省調申請部分負荷運行一段時間。

（2）定期對燃機系統進行查漏，避免高溫氣體泄漏，導致燃機支腿膨脹過量，特別是前支腿。

（3）滿負荷運行或長時間運行時，避免直接降負荷停機，應向省調溝通，停機階段在280 MW負荷保持一段時間，待燃機膨脹量變小后再進行停機操作。

（4）應用振動監測系統，便于查找振動分量源頭，以便采取措施。

（5）#3軸振3X振動值波動大處理：1）啟動第二臺VG風機，觀察振動趨勢;2）波動峰值達0.19 mm時，將自動停機保護定值提高至0.228 6 mm，同時啟動第二臺BT風機。

4 結語

GE公司的S109FA燃氣蒸汽聯合循環機組，作為電網調峰的主力負荷，冷態啟動的次數較多且經常引起振動異常。本文針對該機組多次冷態啟動后停機過程出現3X振動值異常波動的情況，進行了分析及縱向對比，得出的相關結論可為解決相關機組今后出現類似問題提供參考。

[參考文獻]

[1] 中國華電集團公司.大型燃氣-蒸汽聯合循環發電技術叢書：設備及系統分冊[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2] 清華大學熱能工程系動力機械與工程研究所，深圳南山熱電股份有限公司.燃氣輪機與燃氣-蒸汽聯合循環裝置[M].北京：中國電力出版社，2007.

收稿日期：2020-05-06

作者簡介：吳詠康（1987—），男，福建邵武人，工程師，從事燃氣-蒸汽聯合循環機組運行工作。