某200MW发电机振动及氢气系统故障分析及处理

朱小东， 张 刚， 赵 飞， 温文光

某200MW发电机振动及氢气系统故障分析及处理

朱小东1， 张 刚1， 赵 飞2， 温文光3

（1.华电电力科学研究院，内蒙古 呼和浩特 010010；2.内蒙古华伊卓资热电有限公司，内蒙古 卓资县 012300；3.内蒙古岱海发电有限责任公司，内蒙古 凉城 013700）

某200MW机组运行过程中，在带大负荷阶段出现发电机轴振异常升高、发电机氢气纯度低的故障。通过跟踪对比发电机轴瓦振动的变化，制定了试验方案并实施，在分析运行及试验数据的基础上，对发电机轴瓦振动大故障进行了诊断。诊断结果表明，发电机轴瓦振动大的原因为发电机转子高负荷发生热弯曲，氢气纯度低的原因为振动大导致密封瓦和轴颈损坏，氢气受到密封油污染。根据诊断结果，结合现场实际运行情况，在7瓦滑环处加配重块，进行现场高速动平衡，同时对6瓦轴颈进行修复，更换6、7号密封瓦。动平衡和检修结果表明，发电机轴瓦振动得到了有效降低，氢气纯度恢复正常。

发电机； 振动； 氢气纯度； 热弯曲； 动平衡

0 引言

汽轮发电机组振动大，将直接影响到机组的安全运行[1]。某200 MW汽轮发电机组于2006年投产，近年来机组运行中出现发电机6、7瓦振动异常升高的故障，振动频率主要以50Hz工频振动为主，6Y轴振幅值在107μm至145μm之间波动。伴随着发电机轴振升高，出现了发电机6瓦处密封瓦损坏严重，发电机漏氢量急剧增加，严重威胁机组运行安全。通过跟踪对比发电机轴瓦振动的变化，制定了相关试验方案并实施，在分析运行及试验数据的基础上，对发电机轴瓦振动大故障进行了诊断，并进行了相应的处理，汽轮发电机轴系振动处于良好状态，发电机氢气系统运行正常，对汽轮发电机组类似振动故障、氢气系统故障的分析及处理具有借鉴意义。

1 汽轮发电机组简介

某200MW汽轮机为单轴、三缸双排汽、中间再热、间接空冷凝式汽轮机，型号为：NJK200-12.7MPa/535℃/535℃，由一个高压缸、一个中压缸、一个低压缸组成。汽轮机高中压缸为合缸结构，两个低压缸均为双流反向布置并采用落地轴承座。汽轮发电机组轴系中除1号轴承采用可倾瓦式轴承，2号轴承为推力支持联合椭圆轴承，其余均采用椭圆形轴承。

配套发电机型号为QFSN3-200-2型汽轮发电机，采用自并励磁系统为发电机转子绕组供励磁电流。发电机采用定子绕组水内冷，转子绕组氢内冷，定子铁芯及其它部件氢气表面冷却的“水-氢-氢”冷却方式。发电机内部为密闭式循环通风结构，氢气由发电机两端的四角冷却器进行冷却。

该发电机采用双流环密封油系统，密封油系统由空侧和氢侧两个各自独立又互有联系的的油路组成，空侧和氢侧密封油同时向发电机两端的双流环式密封瓦供油，空侧和氢侧密封油通过两端的平衡阀保持油压相等，空侧密封油和氢气通过主差压阀维持两者差压稳定。

汽轮机发电机组轴系各轴承支撑情况及连接如图1所示。

2 振动及漏氢现象描述

该机组在2015年大修之后，发电机6、7瓦振动升高，2016年5月发电机6、7瓦通频振动情况见表1。由表1可以看出，机组在大负荷阶段、励磁电流较大的情况下，总会出现发电机6瓦振动增大、7瓦振动基本保持不变的现象，6X轴振热变量达到51μm；负荷变化过程中，发电机6、7瓦轴振主要是1倍频为主，并且相位比较稳定；当机组负荷、励磁电流降低之后，发电机6瓦振动也会随之降低，振动状态基本能够回到之前的基本状态。

伴随着发电机6瓦振动变大，发电机氢气纯度下降，补氢量增加，具体现象如下：该机组氢气纯度维持在96%以上较为困难，每天补氢量100m3左右，计算漏氢量8.14m3/d，氢气湿度偶尔有超标现象；汽端氢侧、空侧密封油平衡阀差压表摆动较大，摆动范围-100Pa-+100Pa；发电机存在进油现象，发电机底部排污管排油量达到500ml/d。

表1 发电机6、7瓦的通频振动数据

3 发电机在线振动试验

图1 汽轮发电机组轴系结构图

为了进一步分析发电机振动的原因及振动特性，2016年7月12日，对该机组进行了轴系振动试验。试验过程中，维持机组有功、氢气温度、氢气压力不变，通过调整发电机无功，改变转子电流，收集轴系振动及发电机相关运行数据。试验结果见表2、表3、表4。

试验结果表明：当发电机励磁电流增加，6瓦振动升高；当发电机励磁电流降低，6瓦振动下降。发电机6瓦振动与励磁电流具有明显相关性。

由于氢气温度不具备试验条件（氢温达到了43℃，且冷却水门已全开，无调整余地），现场未进行氢温变化试验。通过查看机组的历史运行曲线，密封油温度、定冷水温度变化对轴系振动没有明显影响。

4 发电机振动故障诊断

查看6瓦、7瓦轴振相位基本稳定，现场轴瓦处未听受阻，而其他转子线圈膨胀正常，就会导致发电机转子发生热弯曲，即发电机转子线圈不对称膨胀引起热不平衡 ，发电机轴瓦振动增大。这种故障引起振动与励磁电流也有相关性，暂时不能排除。

表2 轴系振动试验相关数据记录

表3 试验过程中发电机瓦振动情况

表4 试验过程中发电机氢气温度情况

（3）发电机冷却系统存在故障

从试验结果来看，发电机内部冷却系统存在故障可能性较大。本发电机2、4、6、8风区为冷却氢气入口温度，3、5、7、9风区为冷却氢气出口温度。由表4看出，1风区温度明显偏高，经热工人员检查为热工测点故障；发电机各风区氢气温度分布不均，多个相邻风区（4、5风区和6、7风区）进、出口风温没有温升。发电机转子冷却风道局部堵塞或者匝间绝缘移位会引起通风不畅，导致截面出现温度不对称，发电机转子热弯曲，振动增大[4-5]。

综合以上分析，对机组发电机振动增大的故障诊断如下：本发电机热敏性现象明显，轴瓦振动跟随机组有功正向变化，造成这种故障的原因主要为高负荷发电机转子发生热弯曲。发电机转子热弯曲的原因可能为：转子冷却不对称、发电机内摩擦效应。见异常摩擦声音，查看上次6瓦、7瓦密封瓦更换记录，安装尺寸、间隙符合规程要求，可以排除油挡碰磨的可能。

2号机组启动定速3000rpm时候，6X轴振107μm。随着发电机负荷升高，6瓦振动不稳定，呈现爬升状态。200MW时候，6X轴振158μm，热变量达到51μm。引起发电机热敏性的影响因素很多，包括转子冷却不对称、发电机转子线圈匝间短路、发电机内摩擦效应等[2-3]。

（1）发电机转子线圈匝间短路

2号机组转子线圈匝间短路监测装置未安装，所以无法确认机组是否发生了匝间短路。但对比同厂同类型的3号机组运行情况，在相同有功，相同无功条件下，2号机组励磁电流没有明显增大，不具备匝间短路的现象，所以可以排除此故障。

（2）发电机内摩擦效应

如果发电机转子槽楔装配，间隔垫块安装工艺，护环、芯环装配工艺不良，在励磁电流增加的过程中，发电机转子线圈受热膨胀，会导致一部分转子线圈膨胀

5 氢气纯度低故障诊断

针对发电机氢气纯度低的问题，现场开展如下检查：

（1）现场检查发电机与压缩空气管路、二氧化碳管路已可靠隔离。

（2）现场检查2号机组氢侧密封油箱补油管路温度较高，氢侧密封油箱正常排油管路及氢侧密封油快排管路温度与环境温度一致。

（3）尝试将关闭2号机组氢侧密封油箱补油阀之后，氢侧密封油箱油位快速下降，证明密封油回油量少。

（4）现场检查氢侧密封油箱油位跟踪良好，排除浮球故障可能。

（5）将氢侧密封油快排阀开关多次，排除阀门有内漏可能。

根据机组情况，结合现场检查情况分析，发电机氢气纯度低的最有可能的原因为：由于发电机轴振大，发电机密封瓦损坏严重，发电机密封油串入发电机内部，造成发电机内部氢气受到污染，纯度下降。

6 故障处理

由于现场并不具备发电机解体或返厂检修的条件，而且机组轴系振动的幅值、相位情况基本稳定，所以，在现场具备的条件下，以高速动平衡来补偿发电机热弯曲。

经过动平衡计算，最终在发电机转子末端7瓦滑环处燕尾槽加平衡重量757g∠234°。轴系动平衡前后振动情况见表5。机转子轴颈部位进行了修复，启动后发电机氢气系统运行正常，氢气纯度合格。

7 结语

（1）通过现场对发电机氢气和密封油系统进行检查，并开展发电机轴系在线振动试验，查找到了本机组发电机氢气纯度低以及发电机轴振升高的原因。

（2）通过现场进行发电机转子高速动平衡，发电机转子的热弯曲状态得到改善，轴系振动处于良好状态，同时对6瓦轴颈进行修复，更换6、7号密封瓦，发电机氢气纯度恢复正常，达到预期的效果。

表5 发电机转子动平衡前、后振动对比

从动平衡的结果来看，发电机轴振得到了有效降低，各瓦振动值在优秀范围以内。同时，在机组停运期间，对损坏的发电机密封瓦进行了更换，对磨损的发电

[1]王延博.汽轮发电机组转子及结构振动[M].1版.北京：中国电力出版社，2016．

[2]张建锋.发电机转子匝间短路故障诊断及处理措施[J].中国新技术新产品，2016（9）：44．

[3]寇胜利.汽轮发电机组的振动及现场平衡[M].1版.北京：中国电力出版社，2007．

[4]张学延，张卫军，葛祥，等.电厂旋转机械设备振动问题处理案例分析 [J].中国电力，2015,48（8）:110-116.

[5]魏继龙，杜君文，刘俊汉，等.600MW发电机转子不稳定振动分析及控制[J].中国电力,2014，47（11）:10-13.

A 200MW Generator Vibration and Hydrogen System Failure Analysis and Treatment

ZHU Xiao-dong1， ZHANG Gang1， ZHAO Fei2， WEN Wen-guang3

（1.Huadian Electric Power Research Institute，Hohhot 010010，China；2.Inner Mongolia Huayizhuozi thermal Power Co.，Ltd，Zhuozi 012300，China；3.Inner Mongolia Daihai Power Incorporated Company，Liangcheng 013700，China）

In a 200MW unit in the process of operation,abnormal vibration generator shaft with big load phase increases,generator hydrogen purity low failure.Through comparing the change of the generator bearing vibration track,develop the test plan and implement,on the basis of analysis and test data，for large generator bearing vibration fault diagnosis.Diagnostic results show that the reason for the generator rotor of the generator bearing vibration high hot bending load，lead to seal the reasons for the low hydrogen purity for vibration and shaft neck damage，hydrogen seal oil pollution.According to diagnosis，combining with the actual operation，at 7 watts slip ring and counter weight,on-site high speed dynamic balance，at the same time to repair of 6 wazhou neck，replace the seal 6，7 watts.Dynamic balance and repair results show that the generator bearing vibration has been effectively reduced，the hydrogen purity returned to normal.

generator； vibration； hydrogen purity； thermal bending； dynamic balancing

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.04.006

TM621.3

B

2095-3429（2017）04-0029-04

朱小东（1983-），男，四川峨眉人，硕士，工程师，从事火电厂汽轮机技术监督及汽轮发电机组振动诊断、处理工作。

2017-07-17

修回日期：2017-08-02