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#2發(fā)電機(jī)振動原因分析及處理過程
針對法國阿爾斯通公司330MW機(jī)組發(fā)電機(jī)振動問題進(jìn)行分析，將振動處理的經(jīng)過進(jìn)行論述，找出造成振動的主要原因，供分析同類型問題時做為參考。
[關(guān)鍵詞] 發(fā)電機(jī) 振動 維修處理
1 #2發(fā)電機(jī)振動產(chǎn)生經(jīng)過
蒙達(dá)公司#2發(fā)電機(jī)組系北重-阿爾斯通公司生產(chǎn)的T255-460型，該機(jī)組采用自激式旋轉(zhuǎn)二極管無刷勵磁系統(tǒng)，冷卻方式為水-氫-氫。#2發(fā)電機(jī)組于2003年3月份進(jìn)行了投產(chǎn)后的首次標(biāo)準(zhǔn)性大修，修前未發(fā)現(xiàn)機(jī)組有任何異常狀況。在4月30日機(jī)組啟動并網(wǎng)后各運行參數(shù)正常。第二天巡視發(fā)現(xiàn)勵磁機(jī)端蓋垂直振動值達(dá)0.14mm。已經(jīng)嚴(yán)重超出了振動監(jiān)督的合格范圍，隨即停機(jī)進(jìn)行了檢查處理。以下詳細(xì)介紹處理經(jīng)過及原因分析。
2 前兩次處理經(jīng)過及原因分析
2.1 2003年5月1日停機(jī)后，根據(jù)出現(xiàn)振動的部位分析，主要集中在勵磁機(jī)本體處。而且勵磁機(jī)的電樞是懸掛在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子端部，造成振動的可能性極大。勵磁機(jī)解體后檢查未發(fā)現(xiàn)安裝有異常情況，重新校核聯(lián)軸節(jié)的螺栓力矩為1470N.m，勵磁機(jī)電樞外圓端部擺度測試值如表1
表1 勵磁機(jī)電樞外圓端部擺度數(shù)值
對應(yīng)點 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
數(shù)值（mm） | 0.01 | 0.03 | 0 | -0.04 | -0.06 | -0.03 | -0.03 | -0.01 |
兩對稱點的代數(shù)差均小于0.08mm（標(biāo)準(zhǔn)），說明該點的安裝質(zhì)量符合要求。勵磁機(jī)裝復(fù)后沖車至3000r/min，勵磁機(jī)端蓋垂直振動值達(dá)0.22mm。根據(jù)振動情況可以看出勵磁機(jī)檢查未出效果。隨后邀請西安熱工研究所專家來廠協(xié)助診斷，為了盡快消除振動，對勵磁機(jī)電樞端部平衡塊進(jìn)行了配重試驗，通過3次增減電樞端部平衡塊，使得振動消除發(fā)電機(jī)#7、#8瓦處的軸振和瓦振明顯降低，于2003年5月14日，并網(wǎng)帶負(fù)荷運行，啟動后振動測試數(shù)據(jù)如表2
表2 首次帶負(fù)荷的振動測試值
名稱 | 負(fù)荷 MW | #7瓦 | #8瓦 | 端蓋 | |||
⊥ | = | ⊥ | = | ⊥ | = | ||
瓦振 μm | 120 | 14 | 20 | 23 | 37 | 60 | 47 |
280 | 0 | 15 | 18 | 7 | 7 | 32 | |
軸振 μm | 120 | 31 | 29 | ||||
#2機(jī)組啟動后，經(jīng)有關(guān)專家和蒙達(dá)公司專業(yè)人員共同分析，一致認(rèn)為造成發(fā)電機(jī)振動的主要原因為
1）發(fā)電機(jī)和勵磁機(jī)內(nèi)部存在碰磨，集中表現(xiàn)在勵磁機(jī)電樞部位；
2）汽輪發(fā)電機(jī)組存在膨脹不均勻和熱變形。
2.2 #2機(jī)大修后從5月14日啟動后運行至7月份，發(fā)電機(jī)振動未發(fā)現(xiàn)異常情況。當(dāng)進(jìn)入夏季高溫時，發(fā)電機(jī)的冷、熱氫溫度提高大約15℃，此時發(fā)電機(jī)
的振動發(fā)生了明顯的變化，2003年10月14日測試振動的結(jié)果如表3
表3 機(jī)組運行5個月后的振動測試值 ,
負(fù)荷 MW | 軸振（μm） | 瓦振（μm） | ||
#7 | #8 | #7 | #8 | |
330 | 65.5 | 54.3 | 68.2 | 112 |
對運行中振動跟蹤結(jié)果進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論
1） 發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣溫度對勵磁機(jī)振動的影響特別敏感，振動大小隨著氫氣溫度的變化而變化
2）機(jī)組無功負(fù)荷的變化，對勵磁機(jī)振動的影響也較大。#2機(jī)組的無功負(fù)荷一般只保持在30Mvar左右，無功負(fù)荷升高后勵磁機(jī)的振動明顯增大。
運行一段時間后，勵磁機(jī)的外部振動再次達(dá)到0.11mm左右。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，于2004年3月16日停機(jī)小修，再次對勵磁機(jī)振動進(jìn)行處理。勵磁機(jī)揭蓋檢查后在其端部增加平衡塊75g，發(fā)電機(jī)#7、#8振動分別降至0.012mm至0.016mm，通過配重后調(diào)整氫氣溫度和無功負(fù)荷，運行不久以后勵磁機(jī)部位的振動值又上升到了0.13mm，發(fā)電機(jī)組在振動超標(biāo)的情況下維持運行。
3 #2機(jī)組B級檢修中對勵磁機(jī)振動的分析及處理
3.1振動影響著整個汽輪發(fā)電機(jī)的安全可靠運行，而且超過允許值的振動將帶來許多危害,大致可以分析為以下幾個方面：
1）引起動、靜部分磨擦，并且加速這些部件的磨損，產(chǎn)生偏磨。
2）使某些部件產(chǎn)生過大的動應(yīng)力、導(dǎo)致疲勞損壞，其中以軸瓦鎢金碎裂及燒損軸瓦居多。
3）使汽封、油封間隙加大而降低機(jī)組熱效率。
4）引起某些堅固件的斷裂和松脫，如軸承座地腳螺栓斷裂、松動。
5）使定子鐵芯疊片或定子繞組絕緣損壞引起短路
根據(jù)水電部對3000r/min的汽輪發(fā)電機(jī)的軸承振動幅值的規(guī)定如表4：按這一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定判斷，#2勵磁機(jī)的振動處在不合格的范圍內(nèi)，這將對發(fā)電機(jī)組的運行造成極其嚴(yán)重的危害，所以，必須停機(jī)進(jìn)行振動處理。
表4 汽輪發(fā)電機(jī)的軸承振動標(biāo)準(zhǔn)
轉(zhuǎn)速（r/min） | 優(yōu) | 良 | 合格 |
3000 | 20μm以下 | 30μm以下 | 50μm以下 |
3-2 前次大修中發(fā)電機(jī)存在并處理的異常情況
1） 發(fā)電機(jī)#7瓦軸頸處有3道劃痕，其中最嚴(yán)重的一處寬4mm，深2.5mm，對該劃痕進(jìn)行了微弧焊處理，并更換#7瓦。
2） 汽輪機(jī)的高、中壓缸前后軸封及隔板汽封有磨損，對磨損嚴(yán)重的汽封進(jìn)行更換，整個通流部分間隙調(diào)整在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。
3） 低、發(fā)中心高低偏差0.75mm，對發(fā)電機(jī)兩側(cè)基礎(chǔ)進(jìn)行的調(diào)整，使中心高、低差達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求0.04mm，左右0.00
4） 勵磁機(jī)電樞與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接的剪切銷釘中有一個犯卡，通過檢修現(xiàn)場的手段未能拔出，原位進(jìn)行了回裝。
5） 經(jīng)試驗檢測出有3個旋轉(zhuǎn)二極管反向耐壓超標(biāo)，用天平稱重后保證質(zhì)量不變的情況下進(jìn)行更換,避免由于質(zhì)量不平衡造成振動。
根據(jù)上次大修中發(fā)電機(jī)存在以及處理的問題，分析了造成機(jī)組振動的原因，決定利用#2機(jī)組B級檢修的機(jī)會對發(fā)電機(jī)進(jìn)行解體檢修，對機(jī)組的振動問題做一次徹底處理。
3-3 B級檢修中對發(fā)電機(jī)振動的處理經(jīng)過
發(fā)電機(jī)長期在振動超標(biāo)的情況下運行，造成的危害是顯而易見的，這樣下去對機(jī)組安全穩(wěn)定造成極大的危害。北方聯(lián)合電力公司會同北京汽輪電機(jī)有限公司的相關(guān)專業(yè)人員，組織召開了#2機(jī)組處理振動的專題會議，決定進(jìn)行發(fā)電機(jī)解體檢查,并且對轉(zhuǎn)子返廠做動平衡試驗。
3.3.1停機(jī)前做發(fā)電機(jī)空載無勵磁狀態(tài)下的振動測試，結(jié)果如表5：
表5 2005年大修前空載測試振動
負(fù)荷 MW | 軸振（μm） | 瓦振（μm） | ||
#7 | #8 | #7 | #8 勵磁機(jī) | |
0 | 17.9 | 42 | 18 | 26 60 |
3.3.2轉(zhuǎn)子匝間短路故障錄波未發(fā)現(xiàn)異常
3.3.3發(fā)電機(jī)解體后檢查處理的項目及內(nèi)容
1）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子返廠，進(jìn)行了轉(zhuǎn)子單獨以及轉(zhuǎn)子與電樞一體的動平衡測試，動平試驗完全合格。
2）轉(zhuǎn)子回裝前的絕緣電阻，直流電阻及交流阻抗測試合格。
3）對#7瓦軸頸處微弧焊處理的劃痕進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)其中一處高出0.14mm，經(jīng)過研磨后使軸頸光滑并達(dá)到一致
4)#7軸承下瓦鎢金局部受損，將#7軸承更換為原始安裝時所用的軸承，并對軸承球面進(jìn)行刮研，使得接觸合格。
5）勵磁機(jī)電樞與轉(zhuǎn)子連接的剪切銷釘間隙稍大，所有銷釘重新制作并更換。
6）發(fā)電機(jī)定子繞組端部振型模態(tài)試驗及引出線的固有頻率測試均合格
7）冷卻器內(nèi)部固定螺栓檢查，緊固狀態(tài)良好
8）發(fā)電機(jī)定子調(diào)整墊片原為多個鐵皮墊疊加，本次檢修全部更換為不銹鋼墊片，而且每處不超出三片，沿發(fā)電機(jī)縱向呈階梯狀布置，左右厚度完全相同。
9） 發(fā)電機(jī)與低壓轉(zhuǎn)子重新調(diào)中心，二者圓周差<0.005mm，端面差<0.005mm，對輪連接后調(diào)整其同心度<0.03mm
3.3.4運行中轉(zhuǎn)子匝間短路故障錄波未發(fā)現(xiàn)異常
3.3.5勵磁機(jī)安裝的關(guān)鍵點
#2發(fā)電機(jī)組的勵磁機(jī)是旋轉(zhuǎn)無刷勵磁系統(tǒng)，勵磁機(jī)懸掛在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子端部，勵磁機(jī)電樞對發(fā)電機(jī)的振動影響特別大，所以勵磁機(jī)安裝過程中有以下一些工序應(yīng)嚴(yán)格要求；
1）電樞安裝如圖1所示，d和d1直徑尺寸差值（即間隙）應(yīng)≥0.6mm，若<0.6mm，應(yīng)修整導(dǎo)桿絕緣層
外圓（d）
2） 電樞安裝后慢轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子，用百分表檢查圖2中A、B、C、C、D、E、F各部位的外圓跳動偏差，C點部位外圓跳動兩對標(biāo)稱點的代數(shù)差應(yīng)≤0.20mm，間隙K≤H1-H。將各組數(shù)據(jù)調(diào)整在合格范圍.。
3）勵磁機(jī)電樞的安裝。檢查電樞所帶的平衡塊一定要緊固，軸銷與銷孔只有0.01mm的間隙，否則會造成安裝困難或晃度過大。
4）轉(zhuǎn)子接地檢測裝置回裝時，要將發(fā)射器底座邊緣與止口配合好，避免發(fā)射器裝偏，引發(fā)勵磁機(jī)的擺動。
4、結(jié)論
引起汽輪發(fā)電機(jī)組振動的原因有很多，主要有電磁和機(jī)械方面。發(fā)現(xiàn)振動超標(biāo)后一定要仔細(xì)判別振動原因。
4.1為了確定是否屬于電磁方面的原因，首先應(yīng)觀察三相電流是否平衡，如不平衡則產(chǎn)生100HZ的振動；其次，再保持負(fù)荷值一定，在較大范圍改變勵磁電流，觀察勵磁電流對振動的影響，如果隨其變化，振動也急劇變化，就表明振動原因是轉(zhuǎn)子繞組存在匝間短路。
4.2為了確定是否屬于機(jī)械方面的原因，可保持勵磁電流一定，若振動隨著有功負(fù)荷變化，則表明振動是由于機(jī)械原因引起的，通常應(yīng)在汽輪機(jī)上或在汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī)聯(lián)軸部位上尋找原因，如果振動值較大，而且不隨勵磁電流或負(fù)荷的變化而變，這種現(xiàn)象也屬于機(jī)械原因引起。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的機(jī)械振動。主要表現(xiàn)為50HZ和100HZ兩個頻率；50HZ的振動主要由轉(zhuǎn)子不平衡引起，并通過軸承、端蓋偉給機(jī)座，減小的辦法就是提高轉(zhuǎn)子大齒和小齒兩個方向的剛度不同引起的
4.3機(jī)組檢修后的安裝，一定要嚴(yán)格按照質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和工藝要求進(jìn)行，技術(shù)數(shù)據(jù)調(diào)整在合格的范圍內(nèi)，盡量避免由于安裝、調(diào)試的質(zhì)量原因而造成振動，使發(fā)電機(jī)組在優(yōu)良振動的條件下穩(wěn)定運行。
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