350MW双水内冷汽轮发电机组振动异常处理及分析

350MW双水内冷汽轮发电机组振动异常处理及分析

边鹏云

内蒙古京能盛乐热电 内蒙古呼和浩特 011518

摘要：双水内冷发电机转子因冷却水管不同程度的堵塞引起轴振爬升的现象时有发生，常用的处理方法为停机进行反冲洗，但现场动平衡也可作为一种有效减振方法。通过一台350MW发电机转子振动异常的测试，得出振动爬升的主因为转子部分冷却水管流动不畅产生了热弯曲，采用动平衡大幅降低其振动，确保了机组安全稳定运行。

关键词：350MW双水内冷；汽轮发电机机组；振动异常；处理分析

300MW等级双水内冷发电机已得到广泛应用，目前在役已超过70台，多用于干燥且易形成较强静电的地区。双水内冷发电机组的定子和转子均采用水冷却，定子铁芯及端部结构采用空气冷却；机座、端盖不需要防爆和密封结构，发电机结构比较简单；同时，无氢系统及密封油系统的辅助系统简单，安装、运行、维护方便。大部分该型发电机组的振动为优良；但部分机组转子因冷却水管局部堵塞、匝间短路等的影响，诱发转子轴振较大，对机组不同工况下的振动进行分析，探索有效的减振措施，可有效提高机组的可靠性。

某电厂4号机组采用350MW双水内冷发电机，在运行中轴振爬升量较大，严重威胁机组的安全运行。通过振动测试与分析，诊断出机组异常振动的根源，及时采取动平衡减振措施，保证了机组的安全稳定运行。

1. 振动异常原因分析及诊断

在350MW双水内冷汽轮发电机组的内部结构中，负责冷却回路的发电机转子是均匀排列布置的，回路呈对称分布，要想使机组的转子在纵向和横向上实现均匀散热，就要让各支管保持通流性的良好。如果在发电机带负荷运行的过程中出现管道过热弯曲的现象，机组就会产生振动异常。当发电机转子的冷却水流量不均匀也会出现振动异常的现象，而流量水不均匀的原因是分支路存在堵塞现象，不同程度的堵塞使得回路中水流速度大小不一，水流量的过多或过少破坏转子动平衡。另外转子具备热量不易被带走的特点，当结构内组成负荷逐渐升高，温差逐渐加大，支管就会发生热弯曲。上述现象称为转子热不平衡。相关的理论计算得出结论，转子的热不平衡随着转子的径向温差的升高而升高。

例如在某实验中对机组进行变有功的实验，实验设定在机组无功且数据不变时，调整机组至有功状态，发现其中编号为5、6的机组瓦振动与有功大小成正比，当有功增大到350MW时，5号瓦振动最终提升到109μm,在30min内，振动持续变化，数值达123μm，在此之后，数据未发生明显变化，达到平衡稳定状态。在这一变化时间内，无论机组的有功无功变化，其中振动变化量和负荷变化量基本一致，在瓦振动升至较大值以后，出现负荷降低的现象，振动的频率逐渐降低到较小幅值。过程具备重复性。当汽发轮存在一定的不足，振动就会在某运行情况下突然发生变化，而且变化值不会随着负荷值的降低而降低。

2. 机组振动异常现象

在机组投入商业运营以后容易出现振动现象，当使用的机组为汽轮机N350-24.2/566/566时，该机组的内部构件包括一次双缸两排气、反动凝气式机组、双水内冷发电机。其中机组轴系的构成为高、中、低压转子、发电机转子、集中电环转子，使用刚性的联轴节连接各个转子，使用双轴承支撑各个转子。该机组在投入运营之后，现场实测发电机的临界转速，数据为840r/min，运营一段时间之后，其中的一个瓦轴振逐渐升高，幅值最大达100μm，经过维修之后，开机使用时的岗定速为3000r/min,该瓦轴振的幅值恢复至41μm，但是在后来的带负荷运作过程中，轴振的升高幅度仍然很大，在负荷值为350MW时，瓦轴振的值为129μm，已经超过系统设置的报警值125μm，轴振超过报警值意味着机组已经无法安全运行。

对于双水冷发电机组，发电机转子冷却水回路是均匀对称布置的，若各支管通流特性良好，可保证机组转子轴向与径向均匀散热。发电机在带负荷过程中时，不会出现热弯曲现象，振动保持稳定。

发电机转子冷却水流量不均主要原因是：某些转子分支回路存在不同程度堵塞现象，致使该支路的冷却水量减少，转子的动平衡状态被破坏。同时，随着机组负荷的升高，且转子处的热量不易带走，在转子直径对称方向将产生温差，导致转子发生热弯曲，即转子热不平衡。理论计算表明，转子热不平衡和转子径向温差成正比，转子径向温差为1℃，转子的跨中处的弯曲量及偏心量分别达到120μm和80μm。相对于该转子，热变形的温差为1~2℃时，转子两侧的振动变化量已经很大。

双水内冷发电机汽端轴瓦电机侧有冷却水回水出水孔，在机组盘车时，可观测各冷却水管的通流状况。2016年6月26日停机后，从回水孔观测，部分冷却水管流量偏小。

3. 现场动平衡处理

当机组的定速为3000r/min，在带负荷的运营过程中，发电机两端的轴瓦轴振处于分量相同状态，检查转子的同轴度，使用的方式是打表测量，测量的部位是汽轮机的两个支撑轴承、汽轮机的半联轴。检查汽缸的同心度，检查汽封洼窝中心，通过测量判断偏移程度，进而找到转子出现偏移的影响因素。产生的热弯曲不平衡发生在转子的中部或者是两端，那么不平衡的级别为1阶或者是3阶。例如在实际的运营情况中发现，当发电机转子处于1阶或2阶不平衡时，其临界转速值将会低于3000r/min，当转子的热不平衡发生在中部或者是两端，那么就会与之产生同方向的振动增量。某机组在运营的过程中曾经停止运营一段时间，在冷态情况下，发电机转子两端的轴瓦轴振幅值低于100μm，在这种状态下，发电机处于很好的平衡状态，进一步证明发电机的振动是由于可逆的热弯曲造成的，这种热弯曲会在机组压力减小的情况下逐渐消失。在实际的操作中发现，当机组的汽法对轮质量加重0.72KG，那么机组的运行会减小振动，最大的幅值是63μm。与此同时在机组带负荷的运营过程中，机组的矢量变化值较大，所以可以说明在动平衡的前后，转子的振动增量减小值幅度相同，而且变化方向相同。

4. 停机检修，冲洗堵塞根管

由实验数据表明，机组在动平衡前后、空载负荷情况下，各发电机轴振的变化量保持一致。这一现象表明在动平衡前后，发电机的转子上仍然存在热不平衡现象，而且这时存在的热不平衡幅值较稳定，根据这一特点推断出不平衡发生的部位。为了避免该现象，要进行停机检修，在检修时首先测量发电机各个出水孔的水流量，通过流量判断各个出水孔是否存在堵塞状况，将堵塞的出水口标记清楚，然后进行统一的清洗，其中堵塞严重的要使用大流量进行较大力度的冲洗，也可以使用高压氮气对根管进行清洁，经过反复的冲洗，可以很大程度的解决冷却水流管流量不均匀的情况。在实际的运营中根据机型的不同，流量应达到不同标准，具体的数值还需要参照《汽轮发电机绕组内部水系统检验方法及评定》的规定，基本是要实现最小流量出水管的流量值达到所有出水管平均水流量的85%，个别情况需要达到90%。

结语：

综上所述，在350MW双水内冷汽轮发电机组中，冷却水管的水流量不均匀会引发热弯曲，导致带负荷运营时机组的轴振值不断上升，而加重汽发对轮可以降低振动，这是一种临时稳定机组运行的手段，另外一种彻底解决热弯曲的手段是清洗机组，经过仔细反复的冲洗，加上流量的合理规划，能够使冷却水管运行良好，实现机组振动异常的彻底有效处理。

参考文献：

[1]梁召.水轮发电机组受油器振动异常分析与处理[J].广西水利水电,2017(06):66-69.

[2]李卫军,吴文健,蔡文方.某台350MW双水内冷汽轮发电机组振动异常处理及分析[J].浙江电力,2017,36(01):47-49+53.