汽轮发电机定子振动原因分析及处理.doc

汽轮发电机定子振动原因分析及处理王杭青 （浙江杭钢动力有限公司 浙江 杭州 310022）摘 要 针对浙江杭钢动力有限公司热电一厂的二台南京汽轮电机集团公司15MW汽轮发电机定子振动偏大的问题进行分析，并将振动进行检修处理的过程进行论述，找出造成振动的主要原因。关键词 发电机 定子 振动 处理前言我单位采用南汽集团的隐极式三相同步发电机，发电机的额定转速为3000r/min，频率为50Hz，发电机采用封闭循环通风系统，并装有空水冷却器来冷却空气，发电机的励磁由无刷励磁装置供给。发电机定子主要作用是在由转子形成的旋转磁场里切割磁场产生电压。定子铁芯是由经涂漆处理的0.5毫米扇形片迭压而成，扇形片套于鸠尾支持筋上，全长分成若干段，形成若干辐向风道，铁芯用压圈压紧。定子线圈采用多股双玻璃丝包线制成半组式线圈，槽内直线部分采用360编织换位以减少附加损耗，线圈对地绝缘采用连续包扎并经防晕处理模压成形。定子线圈绝缘等级为F级。线圈端部藉玻璃布板支架及涤玻绳扎紧固定于机座两端，其出线头安放在励磁机端，线圈间连接采用银焊。厂家规定定子允许温升为：绕组80，铁芯80。2003年投运至今总体运行平稳，但2014年12月先后发现两台机组定子振动偏大无法满负荷运行而分别进行抢修，损失大量发电负荷。必须总结点检和检修要点，防范同类故障发生，对其它机组很有借鉴意义。1 发电机振动产生经过浙江杭钢动力有限公司热电一厂#1、#2发电机组系南京汽轮电机集团公司生产的QFW-15-2A，6.3kV型，发电机的额定转速为3000r/min，频率为50Hz，发电机采用封闭循环通风系统，并装有空水冷却器来冷却空气，发电机的旋转方向从汽轮机端看为顺时针方向。发电机的励磁由无刷励磁装置供给，无刷励磁装置由同轴的交流无刷励磁机、永磁副励磁机整流盘和DVR-2000A自动电压调节器组成。发电机组于2004年12月份进行了投产后一直正常，常规检修也未有任何异常状况。但在2014年12月3日机械技术员点检巡视中偶尔发现1#发电机定子振动手感异常并伴有异音，经振动仪检测水平振动速度最高达10mm/S，已经超出了振动监督的合格范围，随即降负荷并同步进行了频谱测振，发现定子上部（汽侧）3040厘米处有一条振动带，靠近端部振动大（振动有间隔出现大小值），最大振动速度为7.5mm/s，6倍频（18000）过大，数据见图。维检中心频谱检测后分析认为是定子线圈松动引起。2014年12月3日下午安排停机开端盖检查，发现发电机定子槽楔松动较多，槽口垫块移位、绑扎绳已断，转子线圈端部与护环间的月牙板松动，发电机定子端部垫块已经，转子线圈绝缘挡板松动，经厂家指导，配合处理，进行修复及动平衡调整。联系南汽集团的技术人员前来现场查看并制订维修保养方案。最终决定在现场检修，具体施工日期2014年12月3日-12月7日。主要维修内容如下：1) 发电机定子做整体检测试验，查出因垫块松动引起的损伤绕组并进行启槽修复工作；2) 定子内膛和通风槽检查、清理；3) 端部线棒上下层槽口垫块检查、调整、酌情更换，进行双层绑扎和固化；4) 转子两端叶轮和护环扒出，端部与护环间的月牙板和垫块位置调整、紧固、固化；5) 定子、转子进行预试；6) 发电机转子高速在线动平衡；7) 开机并网和正常运行后的相应测试。在开机、升压、并网、加负荷过程中对发电机定子进行振动测试，并网前原振动带上最大振动为2.5 mm/S，并网后随着负荷的增加，定子振动随着增大，最大时达11 mm/S，满负荷时随着定子温度的升高（约76），原振动带振动下降，最大处为6.5 mm/S。经过几天的运行观察，振动带振动最大点会移动，最大值为9.8 mm/S。后经调整无功负荷作对比试验，当功率因素从0.92下降到0.88时（无功负荷增加），振动最大值稳定在5.8 mm/S。1#发电机检修同时也发现2#发电机在运行中轴及定子振动幅值过大，经维检中心频谱检测和分析认为是转子不平衡造成， 2014年12月17日0时30分安排停机检查，发现转子线圈端部下陷，垫块移位。厂家维修单位也进行了如下内容维修：1) 发电机定子做整体检测试验，槽楔、垫块紧固及固化处理；2) 检查、清理定子通风槽、通风道、内膛；3) 发电机转子拆叶轮、扒护环、所有挡块、引线、绕组等检查和定位； 4) 转子线圈绝缘处理、固定并做固化处理、喷绝缘漆、烘干后进行预试；5) 转子线圈端部垫块位置调整、紧固、固化；6) 转子相关试验，交流阻抗、直流电阻、耐压试验等；7) 发电机转子高速在线动平衡；8) 进行开机并网和正常运行后的相应测试。9) 2台发电机并网运行后发现振动缺陷仍存在。此现象说明：本次检修消除了发电机表面缺陷，未涉及到振动源，治标未治本。振动幅值与定子温度（或定子电流）关系较大。与厂家协商后在做好设备的运行管控后进入观察运行。2 目前管控措施鉴于目前该发电机定子存在振动缺陷，机组进入观察运行。具体措施如下：1) 加强运行过程监测，调整点检频次，专业点检一周一次；厂专技人员每工作日点检一次；运行班组每4小时检测一次，并进行记录和趋势分析，一旦发现有增大趋势及时汇报相关人员；2) 定期组织停机检查，检查周期为机组运行1个月、三个月和半年各检查一次；3) 机组运行期间负荷尽量保持稳定，避免短时间内负荷调整频繁，发电机负荷控制在设计额定范围内，运行中发电机定子振动若超过15mm/s，须立即申请停机，同时汇报相关人员和领导，进行检修处理；4) 当震动持续在12mm/s以上时，将发电机由恒功率因数改为恒电压运行方式，同时采取降低有功功率和功率因数（无功功率保持不变）。使震动能够维持住不再上升，为诊断监测、措施实施提供充足时间。5) 1#发电机测振记录：（检修后按新测振点）时间名称0点4点8点12点16点20点24点轴承振动（5mm/s）30262822333528本体振动（12mm/s）60585546565555振源点振动（15mm/s）116058575658573 处理后结果和原因分析3.1 1#发电机组1) 机组冲动时检测振动基本正常，并网后振动趋势上升，最高至11mm/S，目前振动值56mm/S；2) 运行时，保持有功功率在15MW左右，功率因数由原来的0.93降低到0.88左右。经监测，震动普遍下降1-2mm/s。在震动达到10mm/s时，可以采取该措施，继续降低功率因数（最低0.8），在牺牲温度可能升高情况下，可将震动值降下来；3) 原因分析和可能产生后果：根据检修结果和测试数据，分析认为随着定子温度的升高，原振动带振动下降，说明定子内部有热紧现象，振动的原因是由于定子夕钢片或夕钢片支撑筋固定螺栓松动引起的，如定子振动值长期过大，可能使线棒磨棒扎线松动，造成线棒磨损，严重时有可能会发生定子接地、甚至损毁定子，并影响电力系统的电压波动和供电质量，从而影响系统用户的正常生产。3.2 2#发电机组1) 机组各运行参数在正常范围内，但发电机自由端轴承水平振动值趋势上升（3.6mm/s左右），机组基础明显有振感；2) 原因分析和可能产生后果：现机组基础振感明显，机组振动偏大，分析认为发电机转子叶轮、护环拆装，转子线圈端部引线、挡块位置调整使原有平衡破坏；特别是转子线圈端部引线已有明显形变，虽经转子高速在线动平衡但运行工况发生变化后会有动态不平衡引起机组振动；若持续恶化，会造成轴瓦磨损，甚至烧毁，影响机组安全运行。4 结论 本次检修仍留有振动问题，未涉及到振动源，但已判断是结构部件引起共振，可通过改变结构部件的支持方法来改变它固有的频率。具体解决方案：在定子夕钢片支撑筋固定螺栓处从定子外表面定位打孔后注入绝缘固定胶，对螺栓进行固化处理。其实引起汽轮发电机组振动的原因有很多，主要有电磁和机械方面。发现振动超标后一定要仔细判别振动原因。4.1确定是否电磁引起的原因，先观察三相电流是否平衡，如不平衡则产生100HZ的振动；后保持一定负荷，改变励磁电流，观察励磁电流对振动的影响，如振动也变化，就表明振动原因是转子绕组引起。4.2确定是否机械引起的原因，可保持励磁电流一定，若振动随着有功负荷变化，则表明振动是由于机械原因引起的。4.3 利用测振仪器，并根据测试结果进行合理分析。4.4检修时需特别检查发电机转子叶轮、护环、转子线圈端部引线、挡块位置。该部位较隐蔽，必须做全面细致检查。4.5检修后的安装，一定要严格执行质量标准和工艺要求，转子进行高速在线动平衡测试和调整； 4.6 根据运行工况分别调整有功和无功进行测试，为最后确定振动源和处理方法提供可靠依据。参考文献1) 张文武等.汽轮发电机安装使用维护说明书. 0NQ.140.394.南京汽轮电机(集团)有限责任公司2) 熊信银. 发电厂电气部分M. 北京: 中国电力出版社，2004:107-1173） 芮冬梅. 大型汽轮发电机组故障诊断J .科技创新与应用，20134） 刘进强.韩东.王瑞发. 大型汽轮发电机定子绕组端部振动测量研究J;大电机技术;2000年04期5） 浦顺兴.杨玉春. 600MW汽轮发电机定子线圈固定材料J;大电机技术;1986年06期6） 李伟清. 汽轮发电机故障检查分析及预防M. 北京: 中国电力出版社，20027） 李录平.卢绪祥. 汽轮发电机组振动分析与处理M. 北京: 中国电力出版社，20078