4号发电机七瓦振动原因分析及诊断

摘 要：本文主要以XX公司生产的600MW汽轮发电机7瓦振动的原因和诊断方法进行了介绍和分析，结合实际的运行经验，就大型汽轮发电机转子端部固定松动引起振动在的问题进行了研究和探讨。

关键词：发电机、振动、试验、分析

中图分类号：TM621文献标识码：A文章编号：1003-9082（2019）04-0-02

引言

xx公司4号机组于2004年9月14日投产，投产以来一直存在七瓦振动随无功负荷增大而大幅增长的重大隐患，对机组的安全运行构成严重威胁。针对4号发电机七瓦振动超标缺陷，为进一步查清振动根源，消除设备隐患，通过做运行工况变化时的几种特性试验，确定振动原因及处理方案，公司与xx电力科学院和发电机厂家专家共同对发电机七瓦振动状态进行试验，通过综合分析，确定了振动原因，提出处理意见。

一、发电机七瓦振动类别的判定

1.振动分类

按在外力产生振动的稳定性可分为普通稳定强迫振动和普通不稳定强迫振动。

第一，普通稳定强迫振动是振幅与机组的运行工况、运行时间无明显关系。产生原因是排除轴承座连接刚度、共振因素外，是由激振力过大引起的。

第二，普通不稳定强迫振动是振幅和相位与机组的运行工况、运行时间有明显关系。产生原因是排除轴承座连接刚度、共振不稳定因素外，原因是由激振力变化引起的。

由此判定：4号发电机轴振动是随运行工况引起的振动故为普通不稳定强迫振动。

第三，普通不稳定强迫振动激振力的原因：

其一，轴系连接同心度和平直度偏差。随运行时间和运行工况变化，轴系连接同心度和平直度的故障原因是由于联轴器与转轴配合紧力不足所致。

其二，不对称电磁力。发电机线圈发生故障时，产生不对称电磁力。特点是振动随励磁电流增大而增大，而且无时滞性。

其三，转子不平衡力。由于转子部件发生径向，周向位移、转轴裂纹、弯曲等原因，转子平衡状况随运行时间、运行工况变换化而变化这是不稳定普通强迫振动的主要激振力。诊断的要点是基频振幅或相位随时间机组工况而变化。故障原因是转子不平衡状态的变化。

转子不稳定不平衡可分为以下几种：①随机变化的不稳定不平衡;②随时间变化的不稳定不平衡;③随机组运行工况变化的不稳定不平衡。分类为：①转轴扭矩改变而引起的不平衡;②励磁电流增大后产生的热不平衡;③机组有功负荷增大后产生的热不平衡。

由此判定：4号发电机轴振动是随机组运行工况变化的不稳定不平衡中的励磁电流增大后产生的热不平衡。

二、发电机七瓦振动的原理及其分析

4号发电机七瓦振动，是在增大励磁电流的工况下，产生的滞后振动增大。如下图，呈阶梯状。

曲线上1、2两点间距离，表示在相同励磁电流下，七瓦的振动随时间增长而增大的数值，从图中可以看出，由于励磁电流增大使转子产生局部的热不平衡，从而造成转子激振力增大所致。转子受热后的振动变化量称为振动热变量。

第一，转子产生热不平衡的原因，总的来说由于转子上某些零件产生不对称热变形和转子热弯曲。发电机产生不对称热变形零件主要指端部零件，在径向发生不对称位移。破坏了转子的质量平衡。解决办法是发电机解体检查，固定端部零件。

第二，发电机热弯曲的几种原因分析：①转轴上内应力大。属制造遗留下的缺陷或发电机被烧，严重动静摩擦和直轴后退火不彻底时遗留的缺陷;②转轴上材质不均。轉轴在浇铸、锻造和热处理过程中形成直径方向上纤维组织不均，造成膨胀系数存在差别;③转轴存在径向不对称温差，产生弯曲。发电机转子随励磁电流增大可导致转子径向不对称温差的原因有几条。

第三，发电机转子受热不均。几种原因分析：①转子线圈局部短路或匝间短路。由于转子励磁线圈短路或匝间短路，造成转子线圈的电阻不平衡，当线圈通上同样励磁电流后，转子局部产生的热量不同。故在转子直径方向形成温差。造成转子热膨胀不均，产生热不平衡;②转子线圈和线槽之间热阻存在差别：当转子通上励磁电流，线圈温度首先升高，然后线圈和线槽之间发生直接传导。由于其传热热阻在直径方向存在差别，热阻小的一侧转子温度高于热阻大的一侧，由此造成直径方向不对称温差。这种热阻是在高速下形成的;③转子冷却不均匀。转子通风孔堵塞（制造和运行时都会发生）或水内冷发电机转子在导线内水流不对称。可以使转子在直径方向冷却发生差别而形成不对称温差。这种不对称温差除随转子温度升高而加大外，会随发电机进口风温或水量而变化。对于氢冷发电机转子，当其通风孔堵塞时轴承振动随氢压的升高而降低;④转轴轴向传热、直径方向的热阻不均匀;⑤转轴上套装零部件失去紧力。由于套装零部件失去紧力，在不平衡力作用下，套装零件一侧紧贴表面，另一侧稍离轴表明，形成径向传热热阻不对称而使转轴产生径向不对称温差。

第四，综合分析方法：综合以上诸种因素后，要确定发电机转子热弯曲的具体原因，先进性正向推理，逐个排除，将热弯曲的原因缩小到较小的范围内，然后再反向推理，对还不能排除的一些因素，结合转子结构、机组运行和振动历史、振动特征，必须仔细求证，必要时解体检查怀疑的缺陷。

三、发电机七瓦振动原因试验验证方法及状态分析评价

1.试验方法：根据试验要求将分为以下几种状态进行分项试验

第一，氢温变化，保持有功、无功不变，，有功600MW，无功120MVar，汽轮机组六瓦、七瓦、八瓦瓦温及轴振变化规律，每一个温度测点，稳定1小时后测量。

第二，有功变化，保持氢温、无功不变，氢温调平稳，无功120MVar，汽轮机组六瓦、七瓦、八瓦瓦温及轴振变化规律，每一个有功范围，稳定20分钟后测量。

第三，有功变化，保持氢温、励磁电流不变，氢温调平稳，励磁电流在3200A，汽轮机组六瓦、七瓦、八瓦瓦温及轴振变化规律，每一个有功范围，稳定20分钟后测量。

第四，无功变化，保持氢温、有功不变，氢温调平稳，有功600MW，汽轮机组六瓦、七瓦、八瓦瓦温及轴振变化规律，每一个无功范围，稳定20分钟后测量。

2.试验数据

3.状态分析评价

从2005年2月的作无功试验数据以及3月24日、25日的试验数据中存在以下特征;

第一，当试验增加氢气温度时，7Y振动增加，但幅值不大，但从振动规律表现上看，转子通风冷却不均衡的特征不明显。

第二，2005年2月22日以及3月24日均进行了变无功的试验，而且均是当无功到240Mar时，7Y振动超过125um报警的上限值而停止试验，因此无功继续增加对振动影响到何种程度，此次试验未能进行。影响7瓦Y向振动最为直接的因素就是机组的无功，当无功增加时，振动表现为有时滞的增加，在无功降低时，振动不明显。

第三，在3月22日机组跳机降速过程中，发电机转子了较明显的不平衡，而当8小时后机组启动过程发电机临机时，振动不明显。

第四，在无功试验中，通过数据分析，发现影响转子振动的时阶不平衡量的改变。

第五，3月24日机组降负荷时，振动下降，表现为与有功和无功的改变有密切关系。

第六，3月25日进行机组有功试验时，振动保持稳定。

从试验现象来看，影响7瓦Y向振動最为直接的因素是机组无功，这直接反映出发电机转子的热态不平衡的存在。发电机转子的热弯曲引起的不平衡是一种常见现象。

4.消除发电机七瓦振动的对策和方案

第一，消除发电机七瓦振动的对策：①尽可能减少发电机所带无功;②尽早进行发电机检修，彻底检查。消除振动源。

第二，消除发电机七瓦振动的方案：①解体后发现发电机转子励端护环下的绝缘垫块脱落，发电机抽转子解体抜护环检查;②更换发电机汽、励两侧护环内绝缘瓦，并做好压紧绝缘垫块措施。

五、结束语

通过对4号发电机七瓦轴振动分析和试验，最终诊断发电机转子存在热不平衡的重大缺陷，及时停机消缺，消除发电机转子端部松动的重大隐患，避免了设备事故。

作者简介：张盛（1972-），男，工程师，毕业于华北电力大学，现任内蒙古大唐国际托克托发电公司检修部电气队队长。