某臺汽輪發電機不穩定低頻瓦振分析

李斌 楊建剛 柴巖

摘要：通過對某臺汽輪發電機組啟停機、增減負荷過程中軸系振動的全面測試，分析了發電機瓦振突變原因，指出電磁干擾是不穩定振動的根源。本例中，電磁干擾產生了頻率為6.5Hz左右的低頻分量，其幅值存在不規律性和突變性。通過將磁電式速度傳感器更換為壓電式速度傳感器，解決了機組不穩定振動。介紹了機組振動特征及分析過程，分析了電磁干擾來源，指出電磁干擾現象可能與發電機徑向或軸向磁力中心不正有關。

關鍵詞：汽輪發電機;振動;電磁干擾

中圖分類號：TK263.2

Abstract： The cause of the sudden change of the bearing vibration of a turbine generator is analyzed via a comprehensive test during the start and stop process and the load increasing and reducing process of the unit. Test results show that electromagnetic disturbance is the cause of the unstable vibration. In this case， electromagnetic disturbance generates a low frequency component of 6.5Hz， where its amplitude indicates irregularity and sudden change. By replacing the magnetoelectric velocity transducer with a piezoelectric velocity transducer， the unstable vibration of the unit is solved. The vibration characteristics and analysis process of the unit are introduced. In addition， the source of the electromagnetic disturbance is analyzed. It is pointed out that the electromagnetic disturbance could possibly be related to the deviation of the radial or axial magnetic center of the generator.

Key Words： turbine generator; vibration; electromagnetic disturbance

0 前言

某電廠一臺新安裝的9E系列燃氣—蒸汽聯合循環發電機組，在啟動調試過程中，發電機軸承瓦振出現不穩定振動，振動信號中含有大幅低頻分量，導致機組多次跳機，嚴重影響了新機調試進程。

通過對機組啟停機、增減負荷過程中振動的全面測試，分析了發電機瓦振不穩定原因，指出電磁干擾是不穩定振動的根源。通過將磁電式速度傳感器更換為壓電式速度傳感器，解決了機組不穩定振動。

介紹了機組振動特征及分析過程，可以為同類振動問題的分析提供參考。

1 機組介紹

某臺9E系列聯合循環發電機組配套的汽輪機為60MW，軸系由汽輪機轉子、發電機轉子、勵磁機轉子組成，勵磁機采用懸臂結構，軸系共有4個軸承，軸系布置如圖3所示。

每個軸承上安裝有x和y方向上的軸振傳感器，合計8個軸振測點，瓦振傳感器安裝在軸承座的正上方。在機頭處安裝有測量相位的鍵相傳感器。振動測點布置如圖2所示。

2 機組振動現象

2.1 突變前后振動變化趨勢

2017年5月20日01：18，機組首次啟動并定速3 000 r/min。定速后，#4軸承瓦振突變，振動最大值約為97μm，導致機組跳機。跳機前后其余各軸承的瓦振及軸振無明顯變化。跳機前后機組各點瓦振變化趨勢如圖3（a）所示。03：00左右，機組再次沖轉。03：30升速至3 000 r/min。因4瓦瓦振不穩定，降速暖機，此過程趨勢如圖3（b）所示。05：00機組第3次升速。升速接近3 000 r/min時，4瓦瓦振突變。現場實測，4號軸承垂直和水平方向振動都不大，<30μm，手動打閘停機。此過程振動變化趨勢如圖3（c）所示。

5月21日02：30，機組第4次啟動沖轉。05：17定速3 000 r/min，此過程中各軸瓦振動穩定。定速至5月21日16：28，電氣開始勵磁實驗，對機組起勵。試驗過程中，3瓦和4瓦開始出現波動，隨后4瓦瓦振大跳機。跳閘前就地實測4瓦垂直和水平方向振動不大。此過程振動趨勢如圖4所示。

綜合多次突變前后振動變化趨勢，其變化特征可以總結如下：

（1）振動變化具有突變性，可以在幾秒鐘內突變;

（2）振動變化具有隨機性，沒有明顯的規律;

（3）振動突變主要表現在發電機后軸承上，4號軸承座振動突變時，4x和4y軸振基本上沒有變化，其余軸振測點和瓦振測點變化也不大。

2.2 跳機前后振動波形

查詢機組所配振動監測保護TDM系統，5月20日 05：35時間段附近跳機前振動波形圖如圖5所示。從波形中可以看出，振動突變后，#4瓦軸振及#3瓦瓦振波形比較規則，但#4瓦瓦振波形較為雜亂，沒有規則。

2.3跳機前振動頻譜

05：35時間段附近跳機前振動頻譜如圖6所示。振動增大后，4號瓦振中出現了較大幅度的低頻分量，對應頻率為6.14Hz，其幅值達到99μm。4x/4y測點軸振信號中雖然含有較大的二倍頻分量，但這是由于發電機轉子結構不對稱所引起的。相比之下，其余各點軸振和瓦振頻譜比較規則，以工頻分量為主。

2.4啟停過程振動分析

機組因振動大而跳機后，轉速從3 000 r/min下降到2 900 r/min，振動即會大幅度減小，恢復到正常狀態。

3 振動分析

3.1 檢查項目

根據上面的測試數據及現場反饋情況，#4機組振動主要存在4號瓦振不穩定和突變問題，決定利用停機機會進行檢查，具體包括：

（1）檢查發電機兩側端蓋與軸、軸與軸承烏金、軸與軸承兩側油檔之間摩擦情況;

（2）檢查#3、#4軸承下瓦烏金面工作情況，同時檢查#3、#4軸承潤滑油進油管是否堵塞，導致軸承進油不足;

（3）檢查#3、#4軸承瓦振信號測量回路是否存在多點接地，信號線屏蔽層是否存在異常。TSI系統有嚴格的接地要求，不正確接地方式（如機柜接地虛焊、多點接地等）將會直接影響系統抗干擾能力;

（4）檢查碳刷與軸的接觸情況，碳刷是否存在接地不良，減小軸電流干擾;

（5）檢查#3、#4軸承座軸承絕緣，電阻不得低于0.5MΩ。

上述檢查結束后，建議在現場就地架表，采取壓電式振動速度傳感器測量#3、#4軸承座垂直、水平和軸向振動。為便于比較，測試時同步接入TSI系統#3、#4軸承瓦振信號。

3.2 檢修后開機振動情況

本次檢修，更換了一段屏蔽線。再次開機，#4瓦振動波動幅度有所減小，沒有出現前面多次開機出現的突跳現象，但#4瓦波動現象依然存在，6.5Hz左右的低頻分量依然是引起振動波動的主要原因。

雖然TSI和TDM檢測到的振動波動幅度較大，但我們采用壓電式速度傳感器測得的#3瓦和#4瓦振動穩定，波動幅度較小。

通過大量的試驗，確認振動波動是TSI系統受到干擾。從TSI緩沖輸出口逐步向傳感器側排查，最終發現傳感器輸出信號本身就已經受到了較大干擾。將#3、#4瓦側磁電式振動速度傳感器更換為壓電式振動速度傳感器后，#3瓦和#4瓦振動穩定，波動現象消失。

3.3 電磁干擾原因分析

試驗中還發現，該機組同時存在勵磁升壓過程中發電機兩側軸承座軸向振動突增現象。軸向振動突增后，振動頻率基本上都是100Hz二倍頻分量，勵磁升壓去除后，軸向振動突降。多次試驗表明，升壓和降壓過程中軸向振動重復性很好。這是一種典型的發電機電磁激振現象。當發電機徑向或軸向磁力中心不正時，容易產生這樣的電磁激振力。發電機磁力中心不正也有可能會形成電磁干擾，對磁電式速度傳感器輸出信號產生很大影響。

4 結論

（1）通過對機組啟停機、增減負荷過程中振動的全面測試，指出電磁干擾是不穩定振動的根源。對于本機組而言，電磁干擾產生了頻率為6.5Hz左右的低頻分量，而且低頻分量幅值存在不規律性和突變性;

（2）通過將磁電式速度傳感器更換為壓電式速度傳感器，解決了機組不穩定振動;

（3）結合該機組電磁激振引發的發電機軸承座軸向振動問題，認為電磁干擾現象可能與發電機徑向或軸向磁力中心不正有關，建議進一步開展相關試驗研究。