1000 MW发电机转子振动异常分析与处理

0引言

靖海发电公司#4发电机转子在2019年B修返厂后至2020年2月调停启动的时间段内,均呈现出-种较为平稳的振动趋势,9Y、10Y的轴振不随发电机功率而发生明显变化。但在2020年2月调停启动后,9Y、10Y的轴振开始随发电机功率的上升而增加;在此后的3次启动过程中,发电机转子均出现了不同程度的振动劣化。

1振动异常情况

2020年2月,#4机停机启动后出现第-次振动异常,#4发电机转子两端9Y、10Y轴振出现异常波动,并随着发电机功率的变化而发生变化,9Y、10Y轴振通频值最高达到60、69μm。2020年4月,#4机启动后,#4发电机转子两端9Y、10Y轴振第二次出现异常波动,9Y、10Y振幅出现满负荷时高于以往的现象,通频振动值最高达到76、91μm,比停机前增加约16、22μm,工频振幅也基本增加等量的幅度,但9Y工频相位出现很大的变化,由原来的130°~203°变为194°~217°,低负荷状态下的振动相位增加了约60°;10Y的振动相位由215°~225°变为234°~239°,相位略有增大,变化较小、较为稳定。2020年8月,#4机组启动后出现第三次振动变化,9Y、10Y通频振幅满负荷状态下比启动前增加约5 μm,工频振幅增加5~10μm,9Y相位由启动前的194°~217°变化为163°~212°,低负荷相位再次发生偏移约30°。2020年11月,#4机启动后,9Y振动相位再次发生偏移,由163°~212°变为149°~214°;10Y相位仍然稳定,通频振幅最大达到100μm,工频达到88μm。以上四次振动异常的主要情况如表1所示。

而在发电机转子升速至3 000 r/min空转时,对照2019年5月、2020年2月、2020年4月、2020年8月、2020年11月等5次启动的振动情况,10Y的工频振幅、相位均维持在40~50μm∠255°;而9Y的工频振幅维持在13~27μm之间,相位的变化情况为∠83°→∠127°→∠103°→∠75°,且在每次启动后均有一定程度的波动,处于一种不稳定状态。在以上5次启动空转过程中,整体启动曲线比较接近、吻合,启动过程中没有较大的异常。5次停机过程中的曲线也吻合,停机过程中也没有发现明显异常情况。 但在近几次启动过程中,9Y的振动相位有比较明显的波动。

2振动异常原因初步分析

#4发电机的振动异常增大主要是一倍频的分量增大,转子机械原因和电气原因故障均会引起一倍频分量增大[1]。

首先为了排除匝间短路的原因,在机组运行期间进行了增减励磁电流的试验,对于存在匝间短路的发电机转子,转子振动会与励磁电流存在正相关的关系[2]。根据试验结果,9Y、10Y的轴振与励磁电流的增减没有很明显的随动关系,在加减励磁的瞬间,相位也没有明显变化。 在机组停运后进行了转子交流阻抗试验,与2019年B修后的试验数据进行了对比,没有明显变化。同时,在机组启动前进行发电机出口三相短路试验,得到的短路数据曲线较2019年B修后无明显变化,在100%励磁电流时对转子探测线圈气隙磁场波形进行录波,波形情况如图1所示,观察波形对称且各极线圈无明显的尖峰突变情况。根据上述试验的结果判断,#4发电机转子不存在匝间短路的情况。

而根据对现场各项参数的检查发现,在几次停运发电机解列后,汽、励端氢冷器出口氢温均出现了温差拉大现象,其中2019年9月30日停机时温差最小,约4.2℃ ,2020年3月31 日停机时温差最大,达到17.6℃。转子返厂后历次停机过程汽、励端氢冷器出口氢温情况如表2所示。

两端氢温差会导致转子两端线圈受热不均,励端收缩,汽端膨胀而产生热应力。 虽然在2019年的几次停机后再启动时未对振动产生影响,但在热应力的累计作用下,转子逐渐产生了热弯曲,进而在2020年2月启动后产生了较大的一倍频振动增加[3]。

3发电机解体检查及处理

为处理发电机转子振动大的问题,在2023年机组大修期间,发电机进行了抽转子检查,通过风孔观察发现阻尼条有不同程度移位,通风孔直径约14 mm,阻尼条最大移位量约10 mm。阻尼条移位量如表3所示,通风孔堵塞情况如图2所示。

转子绕组槽部采用气隙取气斜流通风的内冷方式,利用转子自泵风作用,从进风区气隙吸入氢气。氢气由外向内依次通过转子槽楔风孔、阻尼条风孔,进入两排斜流风道,以冷却转子线圈。氢气到达底匝线圈后,转向进入另一排风道,冷却转子线圈后再通过阻尼条通风孔、转子槽楔通风孔,从出风区排入气隙。而通风孔的阻塞导致了部分转子线圈冷却不够,使转子断面产生温差,因此产生了热变形的情况,而转子的热变形会导致转子质量不平衡,因此产生明显的一倍频振动情况。此情况较停机抽转子前分析的两端氢温不同而导致两端线圈受热不均产生热变形的情况更为明显,由于转子铁芯与阻尼条的材料热膨胀系数不同,会在轴向上预留一定的膨胀间隙,而在加工过程中,转子各部件的装配也会存在一定的装配偏差,因此,转子阻尼条存在一定的轴向位移空间[4]。故为了解决此问题,将阻尼条的通风孔沿轴向双侧各扩大5 mm,以确保在阻尼条膨胀量较转子本身更大的情况下无法堵塞通风孔。阻尼条改造原理图如图3所示。

在进行阻尼条改造的过程中,拔出汽励两端护环后,发现汽端一级#1~#2线圈之间的横轴垫块存在移位情况,如图4所示。横轴垫块的移位也会导致转子在运行中的质量不平衡,从而导致振动增大。

4 总结及建议

1)发电机转子通风不均导致了转子质量不平衡,而转子质量不平衡导致的热弯曲是一倍频振动增大的常见原因[5]。本发电机通过对阻尼条通风孔的改造保证了即使阻尼条出现移位也不会出现通风孔堵塞的情况,保证了转子不会因冷却不均导致质量不平衡。但对于未进行改造的机组来说,需要严格按照说明书要求,在停机过程中保证将氢气冷却器的水流量设置为额定流量的5%~10%,在设置的水流量下运行15 h后再停止供水,以保证汽励两端受热情况均衡。

2)在发电机转子检修期间,需利用内窥镜对转子护环内部的横轴垫块情况进行检查,保证横轴垫块位置稳定无位移,避免出现因横轴垫块移位导致的转子动不平衡。

[参考文献]

[1] 陆颂元,吴峥峰.汽轮发电机组振动故障诊断及案例[M].北京:中国电力出版社,2016.

[2] 张征平,汪进锋,胡卫,等.1 000MW汽轮发电机转子匝间短路故障的原因及其检测 [C]//中国电机工程学会大电机专业委员会、中国电工技术学会大电机专业委员会2013年学术年会论文集,2013:25-30.

[3] 殷凤军,蒋波,林卫武.1 000 MW汽轮发电机转子振动故障诊断及处理[J].电力安全技术,2017,19(5):59-62.

[4]刘金亮.大型汽轮机组发电机转子振动分析及处理[C]//2021年江西省电机工程学会年会论文集,2022:325-326.

[5]张国忠,魏继龙.汽轮发电机组振动诊断及实例分析[M].北京:中国电力出版社,2018.

《机电信息》2025年第18期第20篇