杭州发电机出租转子热不平衡振动的诊断与处理

大型发电机出租振动故障有很多类型，热弯曲是比较常见的振动故障，其主要原因包括材质问题、冷却系统故障、转子线圈膨胀受阻、匝间短路等，从表现上看，这四类故障的特征频率均为基频，现场为了这四类故障进行区分，需进行深入分析并进行相关试验。

随着汽轮机组的发展，杭州发电机出租转子超大型化设计使得转子更容易出现材质不均匀及受热不均匀等缺陷，引起转子热弯曲。上汽1000MW机组自投产以来部分发电机转子存在不同程度的热不平衡现象，在机组高负荷状态下，发电机振动偏大，影响机组安全运行。

本文介绍2台杭州发电机因热不平衡导致的热弯曲造成振动过大的案例，介绍了故障的特征、分析过程和处理方法，可以为其他机组作为参考。

1 机组简介

该机组汽轮机选用1000-26.25/600/600（TC4F）型超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压凝汽式汽轮机,配以 THDF125/6型水/氢/氢冷却发电机，励磁系统采用静态励磁和无刷励磁2种方式。机组轴系由5个径向椭圆轴承支撑，高压转子为双支撑结构， 中压和低压转子为单支撑结构，杭州发电机出租转子和励端小轴为三支承结构， 各转子间均用刚性联轴器连接。其轴系布置图见图1

 图1  1000WM杭州发电机出租轴系示意图

2 A电厂#3机组振动故障分析诊断

2.1振动现象

A电厂#3机组自投入生产以来，杭州发电机在整个冲转过程中，振动良好，无异常振动特征。发电机在机组初定速以及初带负荷的时候，#5瓦、#6瓦振动均小于80μm且振动稳定；但随着机组负荷逐渐升高，#5瓦、#6瓦振动也随负荷的升高而升高，当机组升至满负荷时#5瓦、#6瓦振动最大为150μm；当机组负荷下降时，#5瓦、#6瓦振动也随负荷下降而下降。

2.2 振动相关试验

为了进一步查明根本原因，对机组先后进行了变氢温试验、变密封油试验、变有功试验、变无功试验。

在变氢温试验、变密封油温试验、变无功试验过程中，#5瓦、#6、#7瓦振动幅值和角度均无明显的变化，振动基本保持稳定。

     在进行变有功功率试验时，随负荷增加#5、6、7瓦轴承出现明显爬升，试验测试数据见表1。

2.3 振动故障特征与原因分析

根据变氢温试验、变密封油温试验、变无功试验的试验结果表明对#5瓦、#6瓦、#7瓦振动无明显影响，基本可以排除冷却系统故障、线圈膨胀受阻、匝间短路以及出现动静碰摩等故障。而从机组变负荷试验结果表明#5瓦、#6瓦振动上升存在以下几点特征：

（1）随负荷上升，#5瓦、#6、#7瓦振动逐渐爬升。

（2）振动爬升主要以基频成分为主。

（3）在振动爬升的过程中，#6、7瓦相位发生明显变化，且各工况下振动具有较好的重复性。

（4）当负荷升至满负荷状态后，振动还会进一步上升，再逐渐趋于稳定。

综合以上几点特征表明，机组在空载和带初负荷时，振动均在80μm左右，振动虽无明显变化，但振动幅值相对较大，存在一定的质量不平衡。根据轴系布置图,#5瓦为低压缸后轴承，#6瓦、#7瓦为发电机前后轴承，随着机组负荷升至高负荷时，#5瓦、#6瓦振动上升幅度较大，#6瓦、#7瓦相位增大。根据这些振动特点，判断杭州发电机转子受热不均匀，导致转子热弯曲和低发对轮中心产生偏差这两个方面的可能性较大。

2.4振动处理措施

根据以上诊断结果，决定在机组停机之后，对其进行汽发对轮中心重新校正对中，并在汽发对轮上进行现场动平衡。经计算，在汽发对轮上加重1.04Kg逆转向120°的平衡块，降低发电机转子在高负荷时热弯曲的振动，兼顾发电机空载时的振动，同时对汽发对轮中心等安装参数根据厂家要求重新进行调整和对中。

    经过现场动平衡和汽发对轮中心调整后，机组再次启动，空载时，机组发电机前后轴振均小于60μm以下，振动处于优良水平；机组逐渐带至高负荷，#5瓦、#6瓦、#7瓦振动平稳，未出现振动异常波动，振动问题得到解决，其各工况振动详细数据见表2。

3.1 振动现象

B电厂#2机组自基建调试168h试运行以来，机组在空载到带500MW负荷的时候，发电机#6瓦、#7瓦振动处于优良水平，机组带高负荷的过程中，#6瓦、#7瓦轴振逐渐上升，且#7瓦瓦振也逐渐上升，尤其在机组满负荷状态下，#7瓦轴振最大为162μm，瓦振最大为11.6mm/s；机组负荷下降时，#6瓦、#7瓦振动也随负荷下降而下降。这一振动现象与A电厂#3机组相似。

3.2振动试验

从振动现象来看，该机组初步判断是#6瓦、#7瓦的振动跟负荷有关，即随负荷变化而变化，且为了进一步查明根本原因，对机组进行了变氢温试验、变密封油试验、变负荷试验、变无功试验。

经过变氢温试验、变密封油试验、变无功试验，在试验过程中机组发电机#6瓦、#7瓦轴振振动均无明显的影响，且振动保持稳定。但在无功试验中，无功功率从低到高变化的过程中，#7瓦瓦振也随之变化，其变化幅度大于轴振变化，其试验详细测试数据见表3。

而从机组的历史振动数据表明，机组从基建调试168h试运行开始，到几个月的正式投产运行当中，#6瓦、#7瓦、#8瓦振动在机组各个工况下有着明显变化，其详细振动数据见表4。

3.3振动故障特征与原因分析

根据变氢温试验、变密封油温试验、变无功试验的试验结果表明对#6瓦、#7瓦振动无明显影响，基本可以排除由冷却系统故障、线圈膨胀受阻、匝间短路以及出现动静碰摩等引起的故障。但变无功试验对#7瓦瓦振有一定的影响，且#7瓦瓦振在机组高负荷下较大，结合机组历史数据来看，#6瓦、#7瓦、#8瓦振动存在以下几点特征：

（1）随负荷增大，#6瓦、#7瓦、#8瓦振动逐渐爬升。

（2）振动波动主要以基频成分为主。

（3）在振动波动的过程中，#6瓦、#7瓦相位变化不大，且各工况下振动具有较好的重复性。

（4）#7瓦瓦振动较大，且受无功功率的影响，瓦振大小与轴振大小不成比例。

综合以上几点特征表明，机组在空载和带到500MW负荷时，#6瓦、#7瓦、#8瓦轴振和#7瓦瓦振振动属于优良范围之内，随着机组负荷的升高，#6瓦、#7瓦振动和#7瓦瓦振逐渐升高，且#7瓦瓦振上升幅度与振动不成比例，根据这些振动特点，判断杭州发电机转子受热不均匀，导致热弯曲的发生和#7瓦轴瓦刚性偏差这两个方面的可能性较大。

3.4 振动处理措施

根据以上诊断结果，制定了解决方案，在现阶段机组运行过程中，根据变无功试验对#7瓦瓦振有一定的影响，决定在运行中对无功功率进行相应的限制，以限制#7瓦瓦振波动。在之后的检修中，在发励对轮上进行现场动平衡，先后分别加重174g逆转向260°和300g逆转向335°，降低发电机转子在高负荷时热弯曲的振动，同时对#8瓦振动也有一定的降低，对#7瓦轴承间隙等安装参数根据厂家的要求进行相应的调整。经过现场动平衡、#7瓦轴承间隙的调整后。机组再次启动，在高负荷状态下，#6瓦、#7瓦振动平稳，轴振均处于60μm以下，#7瓦瓦振也处于优良范围之内，未出现振动异常波动，振动问题得到解决。

4 结论

在分析杭州发电机出租热不平衡导致热弯曲振动的时候，往往将重点倾向于发电机匝间短路上，而忽视了转子本身材质不均匀而导致振动的可能。通过一系列试验进行振动分析将各种可能的振动故障一一排除，最终确定为因发电机转子材质不均匀导致的热弯曲振动。针对这一情况进行现场热平衡处理，但应根据发电机组热弯曲引起的振动大小和运行允许量值综合考虑，不能盲目利用热平衡手段，情况严重时应及时停机进行检查