150MW机组停机过程中振动大原因分析与对策林伟亮

150MW机组停机过程中振动大原因分析与对策林伟亮

林伟亮

（身份证号码：44071119820616xxxx广东江门529000）

摘要：针对电厂150MW机组在停机过程中转子过临界转速时振动值过大，远超过了规程要求的定值存在着较大的安全隐患这一问题进行综合分析，从运行和检修两个角度出发找出产生振动大的原因，并提出有效降低振动的解决方法以确保机组能够安全停机。

关键词：电厂机组；停机过程；振动值；对策

Abstract：Inviewofthefactthatthevibrationvalueofthe150MWunitofathermalpowerplantduringtheover-criticalspeedoftherotorduringtheshutdownprocessistoolarge，farexceedsthefixedvalueoftherequirementsoftheregulation，thereisalargepotentialsafetyhazard，fromtheperspectiveofoperationandmaintenance.Starttofindoutthecauseofthevibration，andproposeasolutiontoeffectivelyreducethevibrationtoensurethattheunitcanbesafelyshutdown.

Keywords：Powerplantunits；Stopprocess；Vibrationcauses；countermeasure

1机组概述

双水发电厂150MW机组型号为N150-13.24/535/535型，超高压、中间再热、单轴、三缸双排汽凝汽式全电调型汽轮机。该机组于2018年1月份经过大修，大修后出现三次停机过程中打闸后#1轴承X方向振动大现象，振动值最大达294.43µm，远超过保护定值（250µm），这对轴系产生了较大的危害。该机组在大修前并没有出现这种情况，停机时振动值均在合格范围内。其机组大修前后振动数据对比如图1所示。

图1大修前、后振动对比图

2振动值大的原因分析

2.1设备方面原因

产生大修前后振动值区别大的原因，与检修的工艺效果有关，比如安装质量方面，转子轴向推力、轴封漏汽、高压外缸温度不均、汽缸膨胀不畅等因素有关。经查历史数据知，在正常运行当中负荷150MW、主汽温度531℃、供热量50t/h工况下，大修前、后对比#1轴承X方向振动值、胀差、高压内外缸夹层间挡环前蒸汽温度、高压外缸上半法兰外壁温度等参数均有明显的变化，大修前后参数如表1所示。

由表2数据可以看出，机组大修后三次停机当中振动值也存在着较大的差别，其中4月27日的振动值最小。说明振动值的大小除了跟设备本身有关系外还与停机时的操作方法有较大的关系，但只要操作方法正确合理就能在一定程度上减小振动值。

2.2.1真空

在三次停机当中，真空值的控制有明显的区别，详见图3、图4、图5。其中以6月16日的真空值控制得较低，打闸后破坏真空的时间点较早，由打闸前94.98Kpa降到最大振动时71.59Kpa，但该次停机振动值最大，其余两次停机的真空降幅不大，均在91Kpa以上，但在2月10日真空值最高的一次停机当中，振动值也不是最小，三次停机过程中真空与振动两者间没有规律性，因此真空值的控制不是产生振动差异的主要因素。

2.2.2轴向位移

在振动值较大的两次停机当中（即2月10日与6月16日停机），打闸瞬间轴向位移均出现往正向产生突变，即转子突然往发电机方向移动，而4月27日停时打闸瞬间轴向位移的变化平稳，没有突变现象，4月27日停机时振动值也是最小。发生突变与振动大有对应的关系，这说明打闸瞬间，在主汽门关闭后轴向推力突然减小，轴向位移发生突变是导致转子过临界振动大的一个主要原因。其三次停机振动值对比情况详见图6～图8。

2.2.3胀差

胀差的变化与轴向位移相似，4月27日反映出的数据显示变化平稳，而2月10日与6月16日两次停机当中，在打闸瞬间胀差均发生突变，其变化与轴向位移一致，而轴向位移的量变比胀差反应要快，表明胀差的突变是受到轴向位移突变的影响所造成。

2.2.4润滑油温

三次停机过程油温差别不大，不是影响的主要因素。

2.3分析结论

通过以上数据对机组大修后的三次停机过程分析可知，引起#1轴承振动大的主要原因为打闸瞬间轴向位移发生突变，由于突变使动静间隙突然减小，轴系失去动态平衡，造成转子惰走过临界转速时产生较大的振动。

针对打闸后产生轴向位移突变的现象，经过多方排查与分析，发现了打闸时机组实发功率的变化差别，可以确定主要受打闸瞬间机组实发功率值的影响。因为在机组打闸时机组发出正功率或逆功率时，两者对转子所施加作用力的方式不同，正功率运行时转子动力主要靠汽机调门来提供，而逆功率时维持转子转动的动力主要靠发电机来提供，正功率打闸后由于逆功率动作解列发电机存在2S的延时，维持转子的主要动力会瞬间从调门切换到发电机来提供，造成轴向推力突然改变或大幅度减小而产生转子突然性的位移。逆功率打闸时转子的动力没有发生较大的改变，轴系能相对稳定，没有出现突变现象。

从三次停机时功率差别可以发现，4月27日产生逆功率-2.75MW，此时打闸轴向位移不会突变，#1轴承X方向振动256.2µm，1号高压调门开度为9.00mm，给定值为10mm。6月16日打闸时为发出有功功率2.64MW，轴向位移产生突变，振动最大为294.43µm，1号高压调门的开度为12.29mm，给定值为20mm。2月10日打闸时功率-0.86MW，振动282.8µm，1号高压调门的开度为8.3mm，给定值为10mm。由此可见停机功率值跟振动值有着明显的规律性，其历史数据对比如图9～图12所示。

图116月16日打闸时功率功率变化趋势图图12振动与打闸功率关系图

以上是对机组大修以来三次停机过程产生振动大的主要分析，上述分析主要从运行操作角度考虑。

3振动过大的对策

3.1操作方面的对策

3.1.1正常停机下的操作方法

分析可知，在停机过程中为减小打闸时功率对轴向位移的影响，宜采取的控制措施为：打闸前把汽机调门关小，令发电机产生逆功率后再进行打闸（逆功率的值可控制在-2.50MW左右）。为了验证该方法的有效性，在2018年8月23日的停机当中进行了专门试验（见图13），打闸时功率-4.98MW，过临界时#1轴承X方向振动为240.74µm，其值均比前面的三次要小，有明显效果，证明该操作方法切实可行。

图138月23日打闸时功率变化趋势图

3.1.2预防紧急停机时振动大措施

正常停机时虽然能够通过控制打闸时功率值的办法来减小振动值，但在事故情况下发生机组紧急停机时就很难避免打闸时机组处于正功率状态，因此还要采取必要的手段，防止机组在突发情况下停机时振动值超限。

经前面比较得知机组大修前后夹层腔内汽流发生变化，高压外缸外壁左、右侧温度出现转变，造成高压缸局部金属温度改变，这也是产生停机振动大的一个直接原因。如能在机组正常运行当中消除汽缸局部温差大的问题，使汽缸各部受热、膨胀均匀就能有效保证紧急停机时振动值在合理范围内，其手段是在机组正常运行当中投入夹层、法兰汽加热装置，这样既能减小各部位温差，又能减小胀差，效果还是比较明显的。

9月10日，在技术部的指导下机组投入了夹层、法兰汽加热装置，在相同负荷下对比得知#1瓦X方向振动值在投入夹层的情况下有明显的下降，负荷150MW下振动值为88µm，没投夹层、法兰汽加热装置前振动为110µm。机组夹层装置流向分布如图14所示。

图14机组夹层装置流向分布图

9月16日，在夹层、法兰汽加热装置投入状态下，机组受外界电网系统影响发电机负序保护误动作联跳汽轮机，在停机中#1瓦X方向振动值为175.63µm，最大振动为#3瓦X方向为198.45µm，振动值均在合格范围内。说明投入夹层、法兰汽加热装置运行状态下当机组发生紧急停机时减小振动值能起到一定的作用。如图15所示。

图159月16日机组跳闸时振动变化趋势图

3.1.3其他对策

阀位控制方式也是一个能够改善胀差和振动的有效方法，特别在开机过程中，当机组阀位从单位阀切换至多阀后由于进汽量减小后调节级温度下降，使轴向推力减小有效减小了高缸胀差，所以正常运行时使机组保持多阀方式，在开机过程中达到阀位切换条件时须尽快完成切换。

机组正常运行中投入夹层、法兰汽加热装置时，应防止由于汽压过高造成联箱的安全门动作，在机组停运前应先退出加热装置，同时为防止紧急停机时无法及时退出夹层、法兰汽加热装置，联系厂内热工专业增加了联关进汽电动门的联锁保护。

3.2设备检修的对策

为解决根本原因，同年11月份，利用机组计划检修时机进行了揭缸的检查处理。为查明引起振动大的原因，结合前面对比表的数据主要从以下以下几个方面进行了检查和处理。

3.2.1对高压轴封密封面是否存在泄漏至夹层加热腔内，其汽封间隙是否过大进行检查。经过检查发现高压轴封第三级密封面泄漏，造成夹层内高温区和低温区的热平衡状态破坏，使得隔热环处温度出现变化，对此进行了相应的修复。

3.2.2对夹层加热腔内的蒸汽是否存在向外泄漏的可能，贴合面是否密封完好进行检查。发现高压缸进汽管与夹层腔间密封套有泄漏现象，在检修过程中进行了打磨加工。

3.2.3因打闸后轴向位移突变，说明推力盘与推力瓦块间隙存在过大的可能，零位调整不合理。检修过程中专门安排人员调整零位，发现零位与实际位置存在一定的偏差，并对轴向位移测量系统进行调试与校验。

3.2.4打闸后主要表现为#1瓦X方向振动大，对#1瓦的安装质量作重点验收。着重对#1轴承进行了仔细检查，检验乌金厚度，清理油污，打磨，在安装中调整瓦块，处理中未发现异常问题。

3.2.5检修中对滑销系统进行了检查，进行清理打磨，祛除杂物，保证无卡涩。对汽缸膨胀可能出现空行程的推拉装置进行检查未发现异常。高、中压缸的膨胀表回至零位，表计准确度进行检查没发现异常。

3.2.6重新更换过汽缸外壳保温材料，以减少散热损失和减小内、外缸壁温差。同时请汽轮机生产厂家的专家对机组轴向推力进行验算，结果表明存在负向推力，但结合运行中推力盘瓦温均在正常范围内，专家意见为不必作相应的处理。

经过上述分析和处理后，机组重新启动，在启动中做超速试验，试验中打闸后，振动值均在合格范围内。并且机组带负荷后胀差在不投夹层加热的情况下均在较合理的范围内，振动值也较好，说明检修处理达到良好的效果，负荷参数如表3所示。

4结论

经过实验表明，在机组停机中，使发电机产生逆功率后再进行打闸能有效地控制振动值在合理范围内。同样表明，在机组正常运行当中投入夹层、法兰汽加热装置能保证机组在紧急停机当中振动值在合理范围内。该机组经分析对运行操作方法优化后有效地改善振动值，并经同年11月进行一次中修后，最终解决了振动大问题。

参考文献：

[1]刘爱忠主编：《汽轮机设备及运行》中国电力出版社，2003年。

[2]王新军，李亮，宋生明，李军《汽轮机原理》西安交通大学出版社2014年。

[3]曹丽华，李盼《汽轮机通流部分间隙泄露流与汽流激振》科学出版社2018年。

[4]许世诚《火力发电设备检修》中国电力出版社2015年。

[5]李录平晋风华《大功率汽轮发电机组转子与支撑系列振动》中国电力出版社2017年。