浙江省内国产化600 MW汽轮发电机组振动综合处理

吴文健，童小忠，应光耀，李卫军

（浙江省电力试验研究院，杭州 310014）

发电技术

浙江省内国产化600 MW汽轮发电机组振动综合处理

吴文健，童小忠，应光耀，李卫军

（浙江省电力试验研究院，杭州 310014）

国产化600 MW汽轮发电机组已成为浙江电网的主力机组，其安全运行直接关系到电网的稳定，而振动是影响机组安全运行最主要的参数之一。通过浙江省内20台国产化600 MW汽轮发电机组振动问题处理，就质量不平衡、低压缸刚性弱、动静碰摩、转动部件脱落、对中不良、励磁机瓦不稳定振动以及发电机绕组匝间短路等几种典型振动问题进行总结归纳，为同类机组振动问题的处理提供参考。

国产化；600 MW汽轮发电机组；振动；处理

目前浙江省内已投产的国产化600 MW等级汽轮发电机组共有20台，机组类型涵盖上汽厂、东汽厂、哈汽厂制造的亚临界、超临界、超超临界等机型，已成为浙江省电网的主力机型。国产600 MW机组的振动故障多数属于普通强迫振动，但也有复杂的振动问题。从省内600 MW机组振动处理情况看，主要有以下几类：质量不平衡、低压缸刚性偏弱、发电机转子热弯曲、不对中（靠背轮错位）、动静碰摩、转子活动部件飞落等。本文对以上振动故障的诊断及处理进行总结，可为同类机组振动问题处理提供参考。

1 质量不平衡故障的诊断及处理

质量不平衡是引起汽轮发电机组轴系振动大的常见故障之一，约占故障总数的70%以上。引起转子不平衡的因素很多，如转子结构不对称、原材料缺陷、制造安装误差与热变形等。质量不平衡处理的最有效手段是动平衡法。动平衡贯穿于机组制造、安装和运行的不同阶段，是处理大型汽轮发电机组振动故障的主要方法之一。

质量不平衡振动具有以下特征：

（1）振动量以1倍频分量为主，即振动的主是与转速同步的工频分量。

（2）振动的波型类似于正弦波，轴心轨迹类似椭圆形，振动幅值和相位较稳定。

（3）振动只与转速有关，与负荷、励磁电流等其它运行参数的变化无关。

宁海电厂2号机组于2005年11月12日第一次冲转，转速达3 000 r/min时，6、8、10、11号瓦的振动都超过80μm，其中11号瓦振动达到136μm，振动以1倍频为主，轴心轨迹为椭圆形；开、停机组过程中各档转速下的振动基本一致。因此判断为质量不平衡引起，采用现场动平衡进行处理。

为减少启动次数，2005年11月13日首次加重，在低压A转子末级叶轮6号瓦处加重P6= 0.6 kg∠0°，在发-励靠背轮上加重P10′＝0.35∠0°。加后升速到3 000 r/min，除6号瓦Y向振动82 μm、11号瓦X向振动108μm，为合格范围外，其余均达到优良范围。11月15日利用停机机会调整加重，将低压A转子末级叶轮加重调整为P6=0.89 kg∠330°，发-励靠背轮上加重调整为P10′＝0.69∠0°，调整后在不同负荷下6-11号瓦的振动均降至76μm以下，达到优良范围。

目前浙江省内的20台机组大部分均采用动平衡方法进行了振动处理，特别是乌沙山电厂的4台哈汽产机组，基建投产后均存在8、9号瓦振动超标问题，通过一系列的加重处理后，4台机组的振动全部降至76μm以下，达到优良范围，确保了机组安全稳定运行。

2 低压缸刚性弱故障的诊断及处理

东汽厂、上汽厂生产的600 MW机组的低压缸缸体整体较弱，致使低压转子支撑瓦在转速达到3 000 r/min时轴振动不大，但稳定运行或带负荷过程出现振动爬升现象，虽然低压转子轴振动不是很大，但表现出轴承座的振动较大，而且与真空、低压轴封温度、油温有较强的关联性，低真空能使振动有所好转。

600 MW汽轮机低压缸刚性相对较弱，空载时因低压缸真空的作用，会使缸体产生变形。如果变形量过大，则端部轴封局部间隙消失，引发低压转子端部轴封段动静碰摩，导致低压转子振动爬升和剧烈波动。当机组升负荷过快或机组热态启动时蒸汽参数控制不当及在低负荷停留时间过长时，都容易引起低压转子产生摩擦振动。

低压缸刚性偏弱引起的振动属于普通强迫振动。因系统刚度无法改变，只能通过相应办法解决振动问题。首先采用精细动平衡的方法，降低转子的不平衡量，以进一步降低轴承振动值。其次，在机组启动或低负荷工况下，适当降低机组真空，可防止机组产生严重动静碰摩。如兰溪电厂1、2号机，凤台电厂1号机，乐清电厂1、2号机，宁海电厂1、2号机组等，均采用动平衡方法降低原始振动，同时在低真空（建议在-90 kPa以下）下启动，从而有效防止了振动大幅爬升和瓦振严重超标，有效缓解了刚性弱的问题。

3 转子不对中故障的诊断及处理

汽轮发电机组的不对中可分为角不对中、平行不对中和综合不对中。角不对中指联轴器端面存在瓢偏，拧紧连接螺栓后使转轴产生变形，这时轴颈存在较大的晃度；平行不对中指连接螺栓节圆不同心，当联轴器连接在一起后产生偏心，旋转时产生离心力引起振动响应；综合不对中是角不对中和平行不对中同时存在。

在运行中应关注影响联轴器对中的各种因素，如带负荷、甩负荷等。存在联轴器螺栓紧力不足或螺孔间隙偏大隐患的机组，在并网带负荷过程中，当负荷带到某一数值（即轴系扭矩增加到一定值）时，联轴器会发生相互错位，使轴系对中状态发生变化，联轴器连接的转子振动响应（幅值、相位）会发生突变。运行中发生不对中引起的振动具有突发性、1倍频、发生在某一负荷点，并且在瞬间变化完成，机组轴系振动相对稳定（不随负荷变化），相邻轴承振动变化反相等特点。

宁海电厂1号机组2007年5月23日C修结束后在带负荷过程中出现了振动突变情况，经诊断为低-发靠背轮发生错位，主要原因是低-发对轮止口的配合因制造时存有间隙，而非通常的过盈配合，当负荷达到一定程度时中心发生移位而引起振动突变。停机后采取以下处理措施：

（1）调整汽-发靠背轮的对中及晃动度，把变化后的汽-发靠背轮同心度由55μm调整到15 μm以内，晃动度调整到20μm以内。

（2）为防止靠背轮中心在调整后再次发生变动，按照靠背轮螺栓安装说明规定的最大力矩（5 850 Nm），预紧汽-发靠背轮的螺栓。

4 转子转动部件飞落故障的诊断处理

转动部件（叶片、围带、挡风板等）飞落故障是典型的突发性故障，其振动特征为：

（1）突发性，飞落前后振动有突变。

（2）振动以1倍频为主，相位也发生变化。

（3）突变发生后振动即稳定。

（4）靠背轮两端轴瓦的振动为同相。

转动部件飞落与中心错位故障的振动特征相似，辨别这类故障需要借助振动试验和升降速数据来验证。为了更好地区分这几种突发性振动故障，可通过质量不平衡影响系数法进行验证，以便准确地诊断出转动部件飞落的部位和重量。

宁海电厂1号机组于2006年7月17日首次冲转，升速至2 987 r/min时，各瓦振动均在优良范围，但到达 3 000 r/min时，4、5、6、7、8号瓦的振动发生突变，尤其是4、5号瓦的振动值超出机组振动保护值254μm，使机组跳机。

突变后振动仍以1倍频为主，相位也有突变。对比突变前后机组启停波特图发现，相同转速的升、降速振动值的基频幅值、相位角都发生了明显的变化，降速过程中的振动幅值比升速过程中的幅值大好几倍，机组低转速下晃度没有发生明显变化，可以排除对轮错位引起突变。突变前后多道瓦振动都急剧放大，应是较大质量的部件脱落，重点怀疑转子叶片断落或靠背轮上挡风板脱落。因此立即对凝结水质进行化验，但无异常。低速时在4号、5号瓦处可听到异声；打开4、5号瓦处轴承盖，发现中低靠背轮上的一片挡风板脱落，挡风板重量为8.3 kg。重新装回挡风板后，用高强度螺栓紧固，机组振动恢复正常。

用同样方法，诊断了嘉兴电厂3号机组低压转子A、B第三级叶片断围带事故，乌沙山电厂4号机组低压转子次末级叶片围带飞脱事故。

5 动静碰摩引起的振动故障处理

因节能降耗的要求，电厂为降低机组热耗，在检修中往往把轴封、汽封间隙调整至较小，因此在检修启动时机组发生动静碰摩是常见故障。碰摩导致转子产生复杂振动，是造成转子热弯曲、甚至严重变形的重要原因之一，轻者使机组出现强烈振动，重则导致大轴永久性弯曲，甚至毁坏整个轴系。因此，及时、准确地预报和诊断碰摩故障，无疑会有效提高运行机组的安全性，防止重大事故发生。

宁海电厂2号机组在2008年A修中对高、中、低压转子的汽封和轴封间隙进行了调整。A修后首次启动中，定速3 000 r/min，5、6、7、8号瓦处的轴振均在76μm以内，随后振动快速爬升，十几分钟后7号瓦振动爬升至170μm，振动值始终以1倍频为主，且停机降速过程的振动比升速过程大很多，是典型的摩擦振动。打闸停机投盘车3 h后机组重新启动至3 000 r/min，各瓦振动较好，随后5、6、7、8号瓦处的轴振又开始爬升，7号瓦最大爬升至180μm后打闸停机。

检查检修记录，发现本次轴封、汽封间隙均调整为设计值的下限，偏小。揭缸重新调整中心和间隙是不现实的，为此，在严格控制振动值、确保机组安全的情况下，采取了反复摩擦的方法，以适当磨大动静间隙。最后经过7次启动，将1号机组5、6、7、8号瓦的轴振和瓦振降到76μm以下，达到优良范围。

6 三支撑结构励磁机末端瓦不稳定振动的处理

600 MW机组发电机-励磁机转子三支撑结构励磁机末端瓦振动爬升和不稳定问题在上电集团、哈电集团生产的600 MW机组中普遍存在。嘉兴电厂5、6号机组，宁海电厂1、2号机组，乌沙山电厂1-4号机组都有过末端瓦振动大的问题。在对励磁机不稳定振动综合治理实践过程中，发现不稳定振动是耦合各种振动因素而产生的，包括原始振动值偏大、转子热弯曲、密封瓦碰摩、励磁机转子晃度超标和发电机-励磁机联轴器连接螺栓紧力不足等，但最关键的因素还是励磁机轴承负载不足、轴承稳定性偏差。

治理末端瓦振动的主要措施有：

（1）采用精确动平衡方法，进一步降低发电机或励磁机组转子在3 000 r/min下的不平衡量，使原始振动尽量小。

（2）检修时，严格控制各关键安装参数，如提高末端瓦承载力、控制励磁机晃度在0．03 mm以内、发－励对轮螺栓紧力按设计值的上限，轴瓦间隙和紧力与设计值吻合。

（3）在机组启动或正常运行过程中，适当提高发电机密封瓦油温，以降低发电机组密封瓦的碰摩。

宁海电厂2号机组末端瓦（11号瓦）的振动有一定的典型性，其振动耦合了各种因素，初始不平衡量较大，首次到3 000 r/min时，11X、11Y就有136、132μm，且以基频分量为主。机组运行过程中，11号轴承轴振爬升高达290μm，将发电机密封油温调至53℃以上后，11号瓦振动降至206μm，振动有所改善。增加11号轴承载荷，增大发－励靠背轮螺栓紧力，控制励磁机轴端晃度（晃度小于0．03 mm），减小11号轴承顶隙，最终在励磁机集电环转子的燕尾槽中加重P11＝0．510∠0°。经过以上处理后，2号机组11号瓦在3 000 r/min与各负荷下的振动均在优秀范围内。

7 发电机转子热弯曲故障的处理

热弯曲是汽轮发电机组常见的振动故障，造成发电机组转子热弯曲的主要原因有：发电机转子冷却系统故障、转子线圈膨胀受阻、匝间短路等。发电机组热弯曲振动特征是：发电机组振动与无功有关，即振动的1倍频分量的大小跟转子励磁电流有关。

发电机热弯曲属于电气故障，利用振动测试可以协助诊断是否存在匝间短路等电气故障，但不能盲目利用热态动平衡手段，要根据发电机热弯曲引起的振动大小和运行允许量值综合考虑，严重热弯曲必须检修机组，查找匝间短路部位。

兰溪电厂3号机组2006年8月首次升速至3 000 r/min时，轴系振动良好，均在75μm以下。带负荷后发电机组前后轴承（7、8号瓦）振动随机组负荷上升，最大振动超过200μm，当机组负荷达600 MW、励磁电流大于3 500 A时，振动根本无法稳定，严重影响机组安全稳定运行。通过改变润滑油温、密封油温、氢温、有功、无功等多项试验，发现7、8号振动随无功功率变化而变化，即振动与励磁电流直接相关。

2007年1月，利用春节调停机会更换了3号发电机组转子，7、8号轴振随负荷变化的增量再未超过常规值，轴振最大值也在优良范围之内。原发电机组转子返回制造厂家处理，查出了发电机转子在高转速下局部存在匝间短路情况，并进行了处理。

8 结语

振动是事关汽轮发电机组安全的最重要的参数之一，相关单位对此都十分重视。通过浙江省电力试验研究院、各发电厂和安装单位的努力，省内近5年投产的20台国产化600 MW机组因设计、制造和安装所造成的振动问题绝大多数已解决，大部分机组振动处于优良范围。

国产600 MW机组大多数振动问题都属于普通强迫振动，一般可采用动平衡方法予以解决。通过浙江省内上百台次国产化600 MW机组的振动处理，积累了丰富的经验，建立了完善的影响系数数据库。应用该数据库，对上汽、哈汽、东汽机组，均能一次加重成功，大大减少了机组的启动次数，节约了大量人力、物力、财力，产生了巨大的经济效益和社会效益。

碰摩、机组轴系不对中是机组产生振动的主要因素之一，应在机组安装、检修过程中采取必要的措施予以避免。

[1]童小忠．宁海发电厂1号机组异常振动分析诊断与处理[J]．汽轮机技术，2008，50（4）∶306－308．

[2]李卫军，童小忠，吴文健．600 MW机组LPII转子叶片叶冠脱落分析[J]．汽轮机技术2008，50（6）∶462－464．

[3]王延博．大型汽轮发电机组轴系不对中振动的研究[J]．动力工程．2004，24（6）∶768－774．

[4]晋风华，李录平．汽轮机叶片脱落故障定位方法的研究[J]．汽轮机技术．2006，48（1）∶37－39．

（本文编辑：龚 皓）

Integrated Treatment for Vibration of Domestic 600 MW Turbo-Generator Units in Zhejiang Province

WU Wen-jian，TONG Xiao-zhong，YING Guang-yao，LI Wei-jun

（Zhejiang Electric Power Test&Research Institute，Hangzhou 310014，China）

The domestic 600 MW turbo-generator units are dominant in Zhejiang power grid.The safe operation is directly related to the stability of power grid,and the vibration is among the most important parameters that affect the safe operation of units.This paper summarizes the typical vibration problems including quality imbalance,weak rigidity of low-pressure cylinder,static and dynamic friction,rotating part falloff,inadequate centering,unstable vibration of exciter and short circuit between the windings of generator based on the solutions to the problems of twenty 600 MW domestic turbo-generator units and offers a reference for other units ofthe same type.

domestic；600 MW turbo-generator units；vibration；treatment

TK268.+1

：B

：1007-1881（2010）10-0028-04

2010-05-06

吴文健（1968-），男，浙江义乌人，高级工程师，主要从事汽轮发电机组的振动、叶片及模态的测试分析及诊断研究工作。