某电厂660MW汽轮机带负荷过程振动增大原因分析.docx

某电厂 660MW 汽轮机带负荷过程振动增大原因分析【简述】某电厂 2 号机组为东方汽轮机厂设计生产的 N660-25/600/600 型超超临界压力、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、双背压、凝汽式汽轮机，配套东方电机股份有限公司制造的 QFSN-660-2-22B 型发电机。2015 年 8 月，首次成功冲转，定速 3000r/min 时刻，轴振、瓦振良好，达到了国标对新装机组振动水平的要求。机组并网后，低压缸瓦振和发电机振动逐渐增大；机组负荷 450MW 时，58 瓦瓦振超过 60m，7 瓦轴振也超过 110m。振动专业技术人员协助电厂对 2 号汽机的振动异常情况进行分析和安全评估。【事故经过】从机组首次并网后的历史数据来看，2 号机组的振动异常现象主要有以下几个特征：（1）首次定速 3000r/min 空载运行时，机组轴振、瓦振良好；带负荷后，低压缸 B 缸及发电机振动随负荷升高明显增大，其中以 58 瓦的瓦振及7Y 轴振对负荷的变化最为敏感，负荷大于 450MW 时，58 瓦的瓦振、7Y 轴振就超过了报警值。（2）低压缸及发电机振动与负荷的跟随性具有可逆性，即随负荷升高而增大，负荷降低后，振动基本能恢复至原始水平。（3）初并网时刻，机组负荷 33.6MW(无功 27.4Mvar)，7 瓦轴振/瓦振分别为 33m /13m，8 瓦轴振/瓦振分别为 24m /38m；负荷增加至 560MW时(期间调整了无功功率)，发电机振动达到峰值，7 瓦轴振/瓦振分别为136m /76m，8 瓦轴振/瓦振分别为 86m /92m。（4）瓦振与轴振比值偏大，即瓦振大、轴振小的问题：主要表现在 5，6，8 瓦上，目前普遍认为瓦振与轴振比值的正常范围为 0.10.5；就 2 号机组来说， 初定速 3000r/min 时， 瓦振与轴振的比值不到 1， 而带负荷后 6 瓦比值超过 2.5。（5） 6Y 轴振经常出现间歇性大幅跳变， 在 30m300m 范围内大幅波动。【事故原因】（1）6Y 轴振经常出现间歇性大幅跳变，主要是 10Hz 以下低频振动，且信号输出时好时坏，信号真实性还有待证实。（2）振动表现异常的 58 瓦，以工频为主，从性质上来说，属于普通强迫振动。从机理上来看，振动与 2 个因素有关，一是激振力(轴振大小可反映来自转子上的激振力的大小)，二是动刚度；与激振力成正比，与动刚度成反比。引起机组振动大故障的原因总的来说只有 2 个，一是激振力过大，二是动刚度不足。 （3）轴振随负荷升高而增大，是激振力增大引起的。升负荷过程中，68 瓦轴振增大，主要是工频分量的增大，表明转子上的不平衡量增加了。不平衡量包括 2 个部分，一是原始质量不平衡，二是热不平衡量。热不平衡来源，最常见的原因是碰摩和局部受热不均使转子产生临时热弯曲； 由于碰摩与无功无关， 考虑到发电机转子结构的特殊性，要注意匝间短路和冷却系统局部堵塞等问题。（4）瓦振随负荷升高而增大，与 2 个因素有关：一是轴振增大导致瓦振增大；二是热负荷的影响使支撑动刚度降低，轴振不变的情况下仍可能使瓦振增大，具体表现为轴振、瓦振增大不成比例，如表 1 所示。（5）瓦振与轴振比值偏大原因分析：支撑动刚度由结构刚度、连接刚度 2个要素组成。从 TDM 历史数据及现场轴承座振动特性测试结果来看，存在支撑动刚度不足的问题。1）轴承座外部特性现场实测结果：沿轴向方向，从联轴器端到转子端(也即从外端到内端)，58 号轴承座中分面垂直振动逐渐增大，内端比外端振动高出 20m 左右。存在一定的差别振动，表明存在受力不均的现象，导致连接刚度变差。2）从 TDM 记录的超速试验过程瓦振 Bode 图上发现，58 瓦轴振在3000r/min3360r/min 范围内均出现共振峰， 瓦振则存在至少 1 个共振峰，也就是说 58 瓦轴承座在工作转速下存在一定程度的共振，导致瓦振对激振力的变化比较敏感，出现了“轴振小、瓦振大”的现象。由于轴承座临界转速只是稍大于工作转速，在负荷增加的影响下，轴承座结构刚度会有一定程度的降低，导致轴承座临界转速更加接近工作转速，对激振力的变化(也就是轴振的变化)更加敏感。从 560MW 与定速 3000r/min 时刻瓦振与轴振比值的对比情况，可以得到验证。（6） 真空严密性试验过程中， 真空度降低 3kPa， 6 瓦瓦振降低 20m。 6 瓦轴承为坐缸式轴承，直接坐落在排汽缸上，表现出对真空非常敏感，也侧面印证了 6 瓦动刚度不足的判断。电厂技术人员反映，6 号轴承箱曾因安装困难采取过切削处理，此举会降低轴承箱的刚度和强度，基本可以证实对6 号轴承箱存在动刚度不足的判断。【防范措施】根据变参数运行试验及振动分析，认为 2 号机组振动异常现象是结构动刚度不足和热不平衡综合引起的，并有如下