半速汽轮机振动异常原因排查与解决策略

贾玉强，郑敏华

（福建福清核电有限公司，福建 福清 350318）

某核电厂汽轮机是由东方电气集团采用ALSTOM技术生产的ArabelleTM 1000MW级大型半速汽轮机。在机组调试期间，曾经连续三次出现汽机2号轴瓦振动异常，超过手动打闸阈值130μm，导致被迫停机。通过对三次振动异常现象过程中机组参数的研究分析，确定了振动异常发生的原因和处理措施，经后续冲转并网的验证，最终解决了此问题，对于采用同一类型汽轮机的同行电站有借鉴意义。

1 汽轮机三次振动异常的描述

（1）第一次振动异常描述。2016年10月7日2点，100%FP平台停机不停堆试验后冲转并网，3号汽轮发电机组在并网后升功率过程中GME006MV振动最高达131.7μm，按规程手动打闸停机，打闸停机后2号瓦相对振动升高，垂直方向最高达242.3μm，水平方向均超量程，达到308μm。

（2）第二次振动异常描述。2016年10月7日22点，机组重新执行冲转并网操作，在冲转期间各项参数均正常，并网后发现GSS002VV同样被置于手动27%开度，操纵员迅速重新开启该阀门后，中压缸排汽温度稳步上升，2#瓦的振动数值最大到88μm，之后缓慢下降，随后在升功率的过程中振动值稳定在22μm左右。

（3）第三次振动异常描述。2016年10月8日晚，执行100%FP功率平台甩孤岛后重新并网过程中，通过500kV超高压断路器重新并网后，汽轮发电机2#轴瓦振动持续升高，GME006MV振动高达到130μm，手动紧急打闸停机。

2 原因分析及故障排查

（1）原因分析。一般来说，汽轮机振动高通常发生在启停过程中。汽轮发电机组在启停过程中，当转速达到临界转速时，机组出现剧烈振动，而超过这一转速后振动又会减小，恢复正常。引起汽轮发电机组振动的原因很多，主要原因有制造水平不高、安装不够合理、检修和运行管理水平不高等，而且它们之间又是相互影响的。

（2）故障排查。结合现场汽机振动的实际情况，重点从以下两个方面进行故障排查：①中压缸通流间隙的数据对比与分析。汽轮机内部发生摩擦会引起振动。经核实汽轮机安装阶段通流间隙数据发现，3号机组高中压缸径向通流间隙虽满足安装要求，但是与1号和2号机组进行比较发现存在如下问题：中压缸径向通流间隙在不同方向上均存在偏下限的情况；中压缸四个级的下部间隙均恰好为下限值；中压缸四个级的右部间隙均只比下限高0.02～0.05mm；中压第三级径向通流间隙上下左右四个方向上均仅比下限高0.00～0.05mm。②中压缸排汽温度与二级进汽阀门开度的数据对比与分析。汽轮机缸体温度变化直接影响汽缸的膨胀，使得汽轮机的转子和定子之间的间隙发生变化，从而可能导致碰摩（表1、2）。

根据几次的数据显示：中压缸排汽温度GME056MT在冲转、并网过程中都会有所下降。转速为0～200r/min，下降约2℃；转速为200～500r/min，下降约8℃；转速为500～150r/min，下降约5℃；并网至55MW期间下降13℃左右。从55MW开始，以2MW/min的速率升负荷期间，阀门逐渐开大，二级再热蒸汽压力逐渐升高，中压缸排汽温度也逐渐升高，进入一个良性的动作响应过程。而中压缸的缸体的温度变化不大。

表1 中压缸排汽温度对比

表2 相同试验下中压缸排汽温度与阀门动作情况对比

3 消除振动高故障处理方案以及运行控制策略

（1）处理方案。基于上述分析排查，可以看出汽轮机转子和静子之间的通流间隙过小，导致梳齿之间的碰摩。需在3号机组大修时进行检查，如通流间隙已超下限，将其调整至标准范围内偏上限。机组冲转并网前将电功率信号的质量位屏蔽，防止二级再热供汽压力控制阀门被置于手动，采取的措施：在电功率表输出到汽水分离再热器的控制回路上增加500ms的延时。同时增加阀门切换到手动时的报警，以提醒运行人员及时干预。当KKO003/004/005MW产生质量位后，一路送往汽水分离再热器二级再热控制逻辑中，期间经过一个500ms的上升沿延时，从而避免了并网瞬间对二级再热供汽压力控制阀门控制产生影响。采取上述措施后经再次验证，机组没有再发生振动高的现象。

（2）运行控制策略。根据半速汽轮机的特点，经过探索，建议在机组升、降负荷过程中采取如下运行控制策略：①冷态启动时，在转速为100r/min时短暂停留，进行听音和摩擦检查。完成后直接上升到200r/min时停留2小时暖机，冲转到500r/min后再次进行现场听音摩擦检查，冲转到1500r/min时停留0.5小时后再并网。②热态启动时汽机不进行暖机操作，200r/min平台检查（半小时内），500r/min平台检查无异常后升转速，转速达1500r/min后检查无异常（半小时内）尽快并网提升功率。③垂直方向相对振动大于90μm时，停止升降功率，稳定负荷。如振动持续上升，高于110μm时以60MW为目标功率，以5MW/min的速率开始降功率，当振动再次小于90μm时，停止降功率，稳定观察。仔细检查振动、膨胀以及轴承金属温度的变化，用便携式设备测量局部振动。④汽轮机经过临界转速区时（700～1200r/min），主控密切监视汽轮发电机轴振、瓦振值。在此临界转速区内，汽轮机严禁停留；特别注意机组振动监测，在第一临界转速前，如出现轴振动过大，应停下来分析原因并进行处理，不得强行升速。⑤负荷不要停留在低于50MW（5%FP）的水平，如果无法避免，则在该平台的时间不要超过2小时，并且低压缸的喷淋冷却系统要投运。不能在50MW功率水平连续运行超过8小时。⑥机组发生甩负荷等重大瞬态期间，密切关注汽水分离器二级再热进汽阀门的动作情况，必要时手动控制开度，避免中压缸进汽温度下降超过30℃。

4 结语

在不考虑汽轮机停机解体检修的情况下，通过有效控制汽水分离再热器二级进汽的阀门开度，改变进汽量从而保证汽轮机中压缸温度不发生大幅度波动可以在一定程度上缓解和消除动静摩擦。采取本文提供的运行控制策略则可以有效避免振动高出现，确保汽轮机启动安全。