600 MW机组通流改造后振动故障诊断及处理

陈杰，赵卫正

(浙江浙能技术研究院有限公司，杭州 311121)

0 引言

为响应《煤电节能减排升级与改造行动计划》，加快推动能源生产和消费革命，进一步提升煤电高效清洁发展水平，国内火电厂对汽轮发电机组进行了通流改造。汽轮机通流改造使机组热耗率下降，具有明显的节能降耗效果，在经济性上取得了不错的成绩，但通流改造后的部分汽轮发电机组存在振动问题，如汽封间隙过小导致的动静碰磨、质量不平衡、气流激振[1]等，严重影响机组安全运行。浙江省600 MW汽轮发电机组于2014—2016年进行了大范围的通流改造，改造后部分机组启动及运行中存在质量不平衡、结构共振、暖机转速接近临界转速等振动问题，本文对各机组的振动异常现象分别进行介绍并分析原因，给出处理方法，使机组的振动值控制在优良水平，提高机组运行的安全性。

1 质量不平衡问题

1.1 某超临界600 MW机组

该机组为N600-24.2/566/566型超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、高中压合缸、反动凝汽式汽轮机。汽轮发电机组转子刚性连接，双支撑结构，共有9个支撑轴承。#1～#6及#9轴承为前缘沟槽型(LEG)可倾瓦径向轴承，发电机转子的#7，#8轴承采用上半部为圆柱、下半部为可倾瓦的轴承。机组轴系布置如图1所示(图中：HP为高压转子；IP为中压转子；LPA，LPB为低压转子；GEN为发电机转子)。

图1 机组轴系布置

该机组于2014年9月进行通流改造，改造后机组出力由600 MW升至660 MW。改造过程中对高、中、低压转子及附件，高、中、低压缸通流部分动静叶片进行了更换，所有轴承不动，转子跨度不变。

机组改造完成后启动，汽轮发电机组冲转至3 000 r/min，#1瓦两个方向轴振通频幅值均大于100 μm(如图2所示)，1X通频幅值为118 μm，1Y通频幅值为108 μm。振动以1倍频分量为主，振动相位保持稳定，判断机组高中压转子存在质量不平衡[2]。

图2 第1次冲转过程中1X，1Y轴振趋势

由于高压转子侧加重工作不便开展，在中压转子末端单侧加重580 g∠330°。加重后机组冲转至3 000 r/min，高中压转子振动有所减小。动平衡前、后#1，#2瓦轴振数据见表1。

表1 动平衡前、后轴振数据 μm

与未加重时的振动相比，3 000 r/min转速下#1，#2瓦轴振有小幅度下降，但仍未达到优秀值。复核加重数据后，不拆下第1次加重的平衡块，继续在中压转子末端加重580 g∠303°，冲转过程1X，1Y振动趋势如图3所示。3 000 r/min转速下#1瓦轴振幅值达到优秀水平。

图3 第2次动平衡后1X，1Y轴振趋势

1.2 某亚临界600 MW机组

该机组为N600-16.7/538/538型亚临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽凝汽式汽轮机。汽轮发电机组转子刚性连接，双支撑结构，共11个支撑轴承。机组轴系布置如图4所示。

图4 机组轴系布置

机组于2015年4月进行通流改造，改造后机组出力由600 MW升至660 MW。

机组改造完成后启动，汽轮发电机组冲转过程中，#3瓦过临界转速时振动偏大，1 704 r/min转速下3X振动通频幅值为261 μm，3Y通频幅值为167 μm。机组定速3 000 r/min后，#3瓦两个方向轴振通频幅值均超过100 μm，3X为129 μm，3Y为106 μm。图5为机组冲转过程中轴振3X振动通频、1倍频幅值变化曲线。

图5 冲转过程中3X轴振趋势

启动过程中，过临界转速时3X轴振达到机组跳机值254 μm，而在进行汽门严密性试验时，机组惰走至临界转速，3X轴振更是达到322 μm，远超过机组跳机值。分析3X轴振数据，振动以1倍频为主，过临界转速与工作转速下轴振均偏大，说明中压转子存在一阶不平衡与二阶不平衡。综合考虑过临界转速和工作转速下的3X振动，给出加重方案900 g∠330°。由于工作人员工作失误，误将加重的角度偏离115°，使第1次动平衡失败，过临界转速与3 000 r/min转速下3X轴振幅值均较动平衡前增大。调整加重方案为：不拆下第1次加重的平衡块，加重1 000 g∠330°。

第2次加重后，机组冲转，3X轴振幅值变化如图6所示。中压转子过临界转速时振动幅值大幅减小，#3瓦两个方向的振动通频值均小于100 μm。工作转速下，#3瓦的振动幅值也较首次冲转时减小。动平衡前、后#3瓦振动幅值对比见表2。

图6 第2次动平衡后冲转过程中3X轴振趋势

μm

2 结构共振问题

某超临界600 MW机组为N600-24.2/566/566型超临界、一次中间再热、冲动式、单轴、三缸四排汽凝汽式汽轮机。汽轮发电机组转子刚性连接，双支撑结构，共9个支撑轴承。机组轴系布置如图1所示。

机组于2015年5月进行通流改造，改造后机组出力由600 MW升至660 MW。

机组改造完成后启动，汽轮发电机组冲转至3 000 r/min，各瓦轴振均在50 μm以下，但#6瓦瓦振迅速爬升，定速3 000 r/min后，#6瓦瓦振在48～70 μm之间跳动，极不稳定，6X，6Y轴振也随之爬升至55 μm。机组停机消缺后重新冲转，#5，#6瓦瓦振通频幅值变化曲线如图7所示。工作转速下#5，#6瓦瓦振通频幅值分别保持在89 μm(超过报警值80 μm)、67 μm，而#5，#6瓦轴振均在优秀范围。

图7 冲转过程中 #5， #6瓦瓦振趋势

#5，#6瓦瓦振在2 500 r/min后急剧增大，而轴振相对稳定，存在结构共振的可能。结构共振通常是机组整体刚度弱、动刚度偏低造成的，其现象为瓦振幅值与轴振幅值相当，甚至超过轴振幅值。固有频率由结构的刚度及参振质量决定，现场很难通过改变结构刚度及参振质量来解决结构共振问题，通常采用精细动平衡来降低扰动力，达到减小振动的目的[3]。

综合考虑机组带负荷时7X轴振通频幅值由65 μm增大至85 μm，在低发对轮上加重600 g∠155°，以同时降低#5，#6，#7瓦轴振。动平衡后，#5，#6，#7瓦轴振幅值见表3，#5，#6瓦瓦振也得到了控制。图8为动平衡后冲转过程#5，#6瓦瓦振幅值变化曲线。工作转速下#5，#6瓦瓦振通频幅值分别降到23，35 μm，通过动平衡降低了扰动力，结构共振得到了削弱。

表3 动平衡前、后各瓦轴振对比 μm

图8 动平衡后冲转过程中 #5， #6瓦瓦振趋势

3 暖机转速接近临界转速问题

某亚临界600 MW机组为N600-16.7/538/538-1型亚临界、一次中间再热、冲动式、单轴、三缸四排汽凝汽式汽轮机。汽轮发电机组转子刚性连接，双支撑结构，共9个支撑轴承。机组轴系布置如图1所示。

机组于2015年4月进行通流改造，改造后机组出力由600 MW升级为660 MW。

机组改造完成后第1次冲转，按厂家设计要求，机组在1 500 r/min转速下暖机。暖机5 min后，#1，#2瓦轴振迅速爬升，其中2X通频幅值由62 μm增大至133 μm，其振动幅值变化曲线如图9所示。运行人员为避免振动继续增大影响机组安全，手动打闸停机。

图9 第1次冲转过程中2X轴振趋势

从第1次冲转的振动曲线中可以看到，在1 300 r/min转速以后，2X轴振开始爬升，到1 500 r/min转速暖机后，振动幅值迅速增大。1 500 r/min的暖机转速与高中压转子临界转速过于接近(一阶水平临界转速为1 550 r/min，一阶垂直临界转速为1 683 r/min)，引起振动放大。处理方法为暖机转速值向下设置，避开临界转速。

机组重新挂闸后冲转，在1 300 r/min转速下暖机3 h，各瓦振动保持稳定。暖机结束后机组继续冲转，过临界转速时2X轴振通频幅值最高达190 μm(如图10所示)。检查机组冲转参数设置，升速率为100 (r/min)/min，低于规程要求的300 (r/min)/min，使机组在临界转速附近停留时间过长，引起共振。

图10 第2次冲转过程中2X轴振趋势

设置正确的升速率后，汽门严密性试验中，机组4次通过高、中压临界转速(升速通过2次，降速通过2次)，#1，#2瓦轴振通频幅值均小于50 μm，故转子一阶不平衡分量小，无需进行现场动平衡。

4 结束语

600 MW机组通流改造后的振动问题是影响该

工作全面推进的一个重要问题，值得电厂及相关工作人员的注意，若该问题没有得到足够的重视，将影响机组的安全运行。通过分析浙江省部分600 MW机组通流改造后启动及运行中的振动问题，结合相关文献对通流改造后机组的振动问题进行了分类，并给出了各类振动问题的处理建议。从处理结果看，这些处理方法取得了较好的效果，可为电厂运行人员提供参考。