发电机转子振动故障的诊断与处理

马思聪，蔡文方

（国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014）

发电机转子振动故障的诊断与处理

马思聪，蔡文方

（国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014）

介绍了2台上汽1 000 MW汽轮发电机组的振动爬升情况，针对出现的振动问题，通过相关的试验分析，得出了发电机转子振动故障为转子热弯曲和安装缺陷所致，现场采取了热态动平衡与检修相结合的方案，消除了发电机转子的振动问题。

发电机；热不平衡；振动；平衡

0 引言

大型发电机振动故障有很多类型，热弯曲是比较常见的振动故障，其主要原因包括材质问题、冷却系统故障、转子线圈膨胀受阻、匝间短路等，从表现上看，这4类故障的特征频率均为基频，现场为了区分这4类故障，需进行深入分析并进行相关试验。

随着汽轮机组技术的发展，发电机转子超大型化设计使得转子更容易出现材质不均匀及受热不均匀等缺陷，引起转子热弯曲。上海汽轮机厂1 000 MW机组自投产以来，部分发电机转子存在不同程度的热不平衡现象，在机组高负荷状态下，发电机振动偏大，影响机组安全运行。

通过2台发电机因热不平衡导致的热弯曲造成振动过大的案例，介绍了故障的特征、分析过程和处理方法，可以为其他机组作为参考。

1 机组简介

某机组选用1000-26.25/600/600（TC4F）型超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压凝汽式汽轮机，配以THDF125/6型水/氢/氢冷却发电机，励磁系统采用静态励磁和无刷励磁2种方式。机组轴系由5个径向椭圆轴承支撑，高压转子为双支撑结构，中压和低压转子为单支撑结构，发电机转子和励端小轴为三支承结构，各转子间均用刚性联轴器连接，其轴系布置如见图1所示。

2 A电厂3号机组振动故障分析诊断

2.1 振动现象

图1 1000 MW汽轮发电机组轴系

A电厂3号机组自投入生产以来，发电机在整个冲转过程中，振动良好，无异常振动特征。发电机在机组初定速以及初带负荷的时候，5号瓦、6号瓦振动均小于80 μm且振动稳定；但随着机组负荷逐渐升高，5号瓦、6号瓦振动也随之升高，当机组升至满负荷时，5号瓦、6号瓦振动最大为150 μm；当机组负荷下降时，5号、6号瓦振动也随之下降。

2.2 振动相关试验

为了进一步查明根本原因，对机组先后进行了变氢温试验、变密封油试验、变有功试验、变无功试验。

在变氢温试验、变密封油温试验、变无功试验过程中，5号、6号、7号瓦振动幅值和角度均无明显变化，振动基本保持稳定。

在进行变有功功率试验时，随负荷增加5号、6号、7号瓦轴承出现明显爬升，试验测试数据见表1。

表1 变负荷试验振动测试数据

2.3 振动故障特征与原因分析

变氢温试验、变密封油温试验、变无功试验的结果表明：试验对5号瓦、6号瓦、7号瓦振动无明显影响，基本可以排除冷却系统故障、线圈膨胀受阻、匝间短路以及出现动静碰磨等故障。而机组变负荷试验结果表明5号瓦、6号瓦振动上升存在以下几点特征：

（1）随负荷上升，5号、6号、7号瓦振动逐渐爬升。

（2）振动爬升主要以基频成分为主。

（3）在振动爬升过程中，6号、7号瓦相位发生明显变化，且各工况下重复性振动较好。

（4）当负荷升至满负荷状态后，振动还会进一步上升，再逐渐趋于稳定。

以上特征表明：机组在空载和带初负荷时，振动均在80 μm左右，振动虽无明显变化，但振动幅值相对较大，存在一定的质量不平衡。根据轴系布置图，5号瓦为低压缸后轴承，6号瓦、7号瓦为发电机前后轴承，随着机组负荷升至高负荷时，5号瓦、6号瓦振动上升幅度较大，6号瓦、7号瓦相位增大。根据这些振动特点，判断发电机转子受热不均匀，导致转子热弯曲和低发对轮中心产生偏差的可能性较大。

2.4 振动处理措施

根据以上诊断结果，决定在机组停机之后，对其进行汽发对轮中心重新校正对中，并在汽发对轮上进行现场动平衡。经计算，在汽发对轮上加重1.04 kg逆转向120°的平衡块，降低发电机转子在高负荷时热弯曲的振动，兼顾发电机空载时的振动，同时根据厂家要求对汽发对轮中心等安装参数重新进行调整和对中。

经过现场动平衡和汽发对轮中心调整后，机组再次启动，空载时，机组发电机前后轴振均小于60 μm，振动处于优良水平；机组逐渐带至高负荷，5号、6号、7号瓦振动平稳，未出现振动异常波动，振动问题得到解决，各工况振动详细数据见表2。

表2 处理后机组各工况振动测试数据（通频）

3 B电厂2号机组振动故障分析诊断

3.1 振动现象

B电厂2号机组自基建调试168 h试运行以来，机组从空载到带500 MW负荷时，发电机6号、7号瓦振动处于优良水平，机组带高负荷的过程中，6号、7号瓦轴振逐渐上升，且7号瓦瓦振也逐渐上升，尤其在机组满负荷状态下，7号瓦轴振最大为162 μm，瓦振最大为11.6 mm/s；机组负荷下降时，6号、7号瓦振动也随负荷下降而下降。这一振动现象与A电厂3号机组相似。

3.2 振动试验

从振动现象来看，该机组初步判断是6号、7号瓦的振动跟负荷有关，即随负荷变化而变化，且为了进一步查明根本原因，对机组进行了变氢温试验、变密封油试验、变负荷试验、变无功试验。

经过变氢温试验、变密封油试验、变无功试验，在试验过程中机组发电机6号、7号瓦轴振振动均无明显的影响，且振动保持稳定。但在无功试验中，无功功率从低到高变化的过程中，7号瓦振也随之变化，其变化幅度大于轴振变化，其试验详细测试数据见表3。

表3 无功试验对7号瓦振测试数据

而从机组的历史振动数据表明，机组从基建调试168 h试运行开始，到正式投产运行数月后，期间6号、7号、8号瓦振动在机组各个工况下有着明显变化，详细振动数据见表4。

表4 各工况下振动数据

3.3 振动故障特征与原因分析

根据变氢温试验、变密封油温试验、变无功试验的结果表明：试验对6号、7号瓦振动无明显影响，基本可以排除由冷却系统故障、线圈膨胀受阻、匝间短路以及出现动静碰磨等引起的故障。但变无功试验对7号瓦振有一定的影响，且7号瓦振在机组高负荷下较大，结合机组历史数据来看，6号、7号、8号瓦振动存在以下特征：

（1）随负荷增大，6号、7号、8号瓦振动逐渐爬升。

（2）振动波动主要以基频成分为主。

（3）在振动波动的过程中，6号、7号瓦相位变化不大，且各工况下振动具有较好的重复性。

（4）7号瓦振动较大，且受无功功率的影响，瓦振大小与轴振大小不成比例。

综合以上特征，表明机组在空载和带到500 MW负荷时，6号、7号、8号瓦轴振和7号瓦振在优良范围内，随着机组负荷的升高，6号、7号瓦振动和7号瓦瓦振逐渐升高，且7号瓦瓦振上升幅度与振动不成比例，根据这些振动特点，判断发电机转子受热不均匀，导致热弯曲的发生和7号瓦轴瓦刚性偏差的可能性较大。

3.4 振动处理措施

根据以上诊断结果，制定了解决方案，在现阶段机组运行过程中，根据变无功试验对7号瓦瓦振有一定影响的结果，决定在运行中对无功功率进行相应的限制，以限制7号瓦瓦振波动。在之后的检修中，在发励对轮上进行现场动平衡，先后分别加重174 g逆转向260°和300 g逆转向335°，降低发电机转子在高负荷时热弯曲的振动，同时对8号瓦振动也有一定的降低，对7号瓦轴承间隙等安装参数根据厂家的要求进行相应的调整。经过现场动平衡、7号瓦轴承间隙的调整后，机组再次启动，在高负荷状态下，6号、7号瓦振动平稳，轴振均处于60 μm以下，7号瓦瓦振也处于优良范围，未出现振动异常波动，振动问题得到解决。

4 结论

在分析发电机热不平衡导致热弯曲振动的时候，往往将重点倾向于发电机匝间短路上，而忽视了转子本身材质不均匀而导致振动的可能。通过一系列试验及振动分析，将各种可能的振动故障一一排除，最终确定为因发电机转子材质不均匀导致的热弯曲振动。针对这一情况进行现场热平衡处理，但应根据发电机组热弯曲引起的振动大小和运行允许量值综合考虑，不能盲目利用热平衡手段，情况严重时应及时停机进行检查。

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（本文编辑：徐晗）

Diagnosis and Treatment of Generator Rotor Vibration

MA Sicong，CAI Wenfang
（State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

This paper introduces vibration increase of two 1 000 MW steam turbine generator sets manufactured by STP.Aiming at the existing vibration，it is concluded by test and analysis that the rotor vibration is caused by thermal bending and installation defects.A scheme of integrated thermal state dynamic balancing and maintenance is adopted in the field to eliminate the vibration.

generator；thermal unbalance；vibration；balance

项目：国家自然科学基金资助项目（51275452）；国网浙江省电力公司科技项目（5211DS14005B）

TK268+.1

B

1007-1881（2017）01-0064-03

2016-11-21

马思聪（1985），男，工程师，主要从事汽轮发电机组的振动，模态的测试分析及诊断研究工作。