一起发电机-励磁机对轮错位导致机组振动异常事件分析

汽机监督2020-06-29 14:41:52

胡剑刚/北仑电厂、应光耀/浙江电科院,等

0 前言

突发性振动是汽轮发电机组运行中常见危害性较大的振动故障,轻者导致机组跳闸,重者损毁发电设备。突发性振动的诊断和治理一直是振动处理的热点和难点问题。典型的突发性振动故障有转动部件飞落故障,靠背轮错位,油膜振荡(油膜涡动)、汽流激振、发电机转子匝间短路。对于突发振动的识别,通过频谱分析手段可辨识油膜振荡和汽流激振等自激振动[1,2],文献[3]和文献[4],研究了转动部件脱落故障的振动特征和定位方法,文献[5]诊断一起典型对轮错位故障了,文献[6]报告了一起匝间短路引起的突变故障。本文通过对悬臂梁结构的励磁机振动特征分析,介绍一起外部线路冲击引起的发电机转子突变振动,给出了分析诊断过程,采取了精细动平衡、提高螺栓紧力等措施消除故障,确保了机组安全运行。  

1机组概况

某电厂#2机系法国阿尔斯通公司制造的单轴、双背压、凝汽式600MW汽轮发电机组,机组轴系由高压转子、中压转子、低压转子A、低压转子B、发电机转子、励磁滑环小轴以及10个支持轴承组成,各个转子之间均采用刚性联轴器连接,轴系布置图如图1所示,发电机-励磁机双支撑,励磁小轴悬挂在10号瓦外端,呈悬臂梁结构。每道轴承水平、垂直方向各配置一个涡流传感器,测量转子轴振。2014年3月至6月进行第3次A修。2号机组A修期间,10号轴承未作任何改动,为改进励磁机油挡轻微渗油的情况,在大修期间将励磁机上的原梳齿式油挡改成接触式浮动环油挡。新油挡共三道齿,每个齿的宽度约5mm左右,材质为非金属。


1  #2机组轴系简图

2振动故障现象

    机组大修启动后,轴系整体振动较好,10号轴振虽然存在小幅度波动,但仍然在合格范围之内,其他各瓦轴振均在优良范围之内。500MW工况下,10号瓦轴承水平振动均值为90μm,垂直振动均值为60μm。8月8日,2号主机负荷投入主动控制,机端电压投入自动电压控制(AVC),机组负荷大约在490MW-500MW区间缓慢上行。8:40时,机组轴系10号轴振发生阶跃式突变,10号水平振动由103μm突升至125μm,垂直振动由90μm突升至100μm,之后振动持续爬升,见图2。由图2可知,机组进行快速降低负荷出力,减无功,10号轴振无明显改善,10号瓦轴承水平振动最高爬升至139μm,垂直振动最高爬升至122μm。09:08时,10号轴振再次发生突变,10号瓦水平振动由最高点139μm阶跃下降为136μm,垂直振动由最高点122μm阶跃下降为116μm,止住上升势头,保持稳定运行。

图2   10号瓦振动突变趋势图

由频谱分析可知,突变振动为工频分量,幅值突变的同时,工频相位也发生了变化。在半小时的时间内,10号轴振发生了2次突变,对振动的影响是不同的,一次突变增大,一次突变减少。突变后的振动与机组有功、无功、励磁电流、氢温和密封油温无明显的关系。突变发生在发电机转子与励磁机小轴侧,对9号轴振也无大影响。

3故障诊断与分析

正常运行发电机-励磁机发生强迫性突变性振动的常见原因有:匝间短路、对轮错位、转动部件脱落等[4]

3.1转子匝间短路

发电机转子匝间短路,同样具有突发性振动的特点,其故障对轴系的作用有电磁力不平衡和转子热弯曲。发电机转子匝间短路,其轴系振动与励磁电流有明显的关系,机组的减负荷,轴系振动应该能够减少。发电机转子及支撑结构相对来讲是对称的,如果是这种故障,轴系振动反映强烈的应该是#9和#10轴承,而不仅仅是#10轴承;此与#2机组的振动现象和特征不符,所以应该排除。

3.2转动部件脱落

转动部件脱落故障具有典型突发性、振动1X频率和一旦发生后即稳定(不随负荷变化)的特征。根据文献2的脱落定位准则,计算突变前后振动的矢量变化,无法得出符合位置的转动部件脱落。

由于阿尔斯通无刷励磁机采用悬臂梁支承,励磁机上质量对发电机转子的轴振的不平衡响应非常灵敏,励磁机临界转速初始设计值为2750r/min,使得临界转速避开工作转速不够,严重影响了励磁机振动的稳定性。如果励磁机有转动部件飞脱,导致的不平衡响应大,而且更不稳定,会使得10号轴振大幅度波动。而多次发生飞落的零部件故障可能性也不大。综合上述分析判断,励磁机转动零部件无脱落可能性。

3.3靠背轮错位

 转子间靠背轮移位,即转子间同心度发生变化,是机组轴系振动发生突变的另一种重要故障,其故障引起的振动具有突发性、1X频率,瞬间变化完成后机组轴系振动相对稳定。转子靠背轮移位是由于外部冲击转动力矩超过了靠背轮螺栓紧力而导致对轮之间的错位,在运行中容易发生多次错位,错位是随机的,导致振动变大变小都有可能,完全符合该机组的振动现象与特征。

3.4系统线路冲击

对轮错位,机组运行中要产生大扭矩才有可能克服螺栓紧力产生对轮移位。对正常运行中的机组能够产生大扭矩一般是电网系统的冲击,线路跳闸和重合闸,带来的瞬间大电流会作用在发电机转子上产生较大的扭矩,当扭矩力足够大,能克服对轮螺栓紧力,使得对轮错位,轴系产生新的不平衡量,导致振动的突变。

查阅500kV线路故障录波器,发现,8:40,句章至古越一500kV线路跳闸,重合闸失败。#2机组AVC自动撤出,无功跳跃183Mvar↗263Mvar↘188Mvar,励磁电流由2360A↗2470↘2385A,500kV系统电压由520kV↘386kV↗512kV;与第一次轴振振动突增故障吻合。09:08 ,500kV故障录波器再次动作,句章至古越另一500kV线路跳闸,重合成功。2号机组无功跳跃79Mvar↗163Mvar↘77Mvar,500kV系统电压由519.7kV↘386kV↗514.8kV,与第二次轴振突降吻合,见图2。

4 处理措施

 根据上述分析诊断结果,停机安排检查了发电机-励磁机对轮的同心度,检查结果为0.05mm,严重超标,励磁机靠背轮还存在接触面不足。

重新连接励磁机转子,严格控制励磁机晃度,发-励靠背轮螺栓紧力到位,为防止高速情况下,螺栓紧力松动,在紧力到位后再盘车一段时间,停盘车再紧,如此反复几次,以确保发电机-励磁机靠背轮螺栓紧力到位。这次修复,把励磁机同心度调整至0.015mm,接触面不足的问题得不到妥善的解决。

励磁机重新装复后启动,未再现突变振动,但是,励磁机仍然存在定速爬升波动问题。由表1可知,修复后10轴振仍然偏大,且存在一定程度的爬升,是悬臂梁结构的通病。为此,通过精细动平衡来处理,在励磁机转子上加重98g,有效降低励磁机残余不平衡量,使得机组即使振动有所波动,波动的上限仍在优良范围。

表1 励磁机修复后启动后振动数(通频幅值/mm,工频幅值/mm,工频相位/°


5小结

   该#2机组突发性振动通过振动特征分析和线路故障记录,诊断为发电机-励磁机对轮错位。阿尔斯通励磁机的悬臂梁结构特点,机组振动不平衡响应灵敏,易受外部因素干扰,从而普遍存在励磁机振动波动爬升,通过严格控制励磁机的安装质量,结合精细动平衡技术,能够有效抑制励磁机振动。

参考文献

[1] 浙江电力,2016(6):49-52.

[2] 185MW汽轮发电机组低频振动分析及处理[J]浙江电力,2016(5):49-52.[3] 童小忠,应光耀,吴文健等. 汽轮机转动部件脱落故障的识别方法研究[J].振动、测试与诊断,2012325):462-264.

[4]宋光雄,陈松平,宋君辉,梁会钊.汽轮机汽流激振故障原因及分析[J]动力工程学报,2012,32(10):770-778

 [5]童小忠. 宁海发电厂1号机组异常振动分析诊断与处理[J].汽轮机技术,2008504):306-308

 [6]刘树鹏,葛祥. 某电厂发电机振动故障诊断及处理[J].大电机技术,2016,(3):15-18 

与君共勉:我有功于人不可念,而过则不可不念;人有恩于我不可忘,而怨则不可不忘。 


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