国产300mw机组突发性低频振动的诊断与处理

国产300mw机组突发性低频振动的诊断与处理

0运行参数类型和故障处理方法轴承轴承系统的失稳是当前发电系统中经常可见的障碍。按照失稳激振力的来源,它通常分为两类:轴承油膜失稳和气流激振。根据故障的现象,油膜失稳又分为油膜振荡和油膜涡动两种。轴承油膜失稳多发生在轻载、固定圆瓦轴承上;另一方面,与故障相关的突发性低频振动的出现,一般和转速有直接关系,还可能和影响轴承承载,即轴颈中心偏心率的运行参数有关。本文介绍了近期发生在某厂一台300MW机组低压转子重载椭圆轴承上的突发性低频振动故障;现象表明,它和转速没有直接关系;振动在满负荷正常,却在中高负荷段异常;若欲根据运行参数的调整变化来判断故障,有多个不确定性。最终,立足故障主要特征,结合经验,参考运行和检修参数,明确了故障性质;在此基础上确定了处理方案;一次性实施后获得成功;证明整个分析、诊断和处理均十分得当。1总结1.1发电单元和转速某厂国产300MW汽轮机组为东方汽轮机有限公司生产的型号为:N300-16.7/537/537-4型亚临界中间再热两缸两排凝汽式汽轮机,2001年3月投入商业运行。机组共有6个支持轴承,一个独立结构的推力轴承。1号、2号轴承原为椭圆瓦,2005年改造为可倾瓦轴承,双侧进油。3号、4号轴承为椭圆轴承,单侧进油,另一侧开有排油孔,上瓦开周向槽。发电机5号、6号轴承为椭圆瓦。TSI的振动测量系统为BENTLY3500,轴振高一值报警值127μm,高二值为250μm,达到高二值保护动作,机组跳闸。轴封系统采用SSR自密封系统。轴系临界转速,厂家给出的计算值:第一阶(电机转子一阶)1399r/min;第二阶(高中压转子一阶)1679r/min;第三阶(低压转子一阶)1753r/min。电厂2009年实测值:低压转子:1335r/min,发电机转子:1460r/min,高中压转子:1680r/min。厂家计算值中的低压转子偏差过大。1.2月24日机组2012年2月11日～3月16日,该机组B级计划检修。汽缸本体主要实施汽封改造,调整通流间隙,达到提高汽缸效率,消除轴端漏汽,解决润滑油带水目的。3月17日机组冲转、超速试验均正常,3月18日开始满负荷运行。3月23日2:55,负荷220MW,主汽压力14.1MPa,主蒸汽温度539℃,真空:-95.2kPa,油温40.8℃。因真空高,运行人员执行停止A循泵操作,轴振3X由108μm升至126μm,高一值报警,最高升至150μm,3Y最高137μm;4Y从71μm最高升至126μm。重新启动A循泵,3号、4号轴振回复变化前数值。3:26就地检查设备无异常,停止B循泵,3X、3Y报警,3X:160μm,4Y:130μm,瓦振从15μm升至20μm,重启B循泵。3号、4号轴振又回复如初。机组维持该负荷点调峰运行。5:49,3X、3Y、4Y再次报警并呈上升趋势,急减负荷,5:57,3Y:252μm,高二值报警,汽机保护动作,跳闸。3月24日2:00机组220MW调峰运行,3X:132μm、3Y:126μm。2:20,214MW,汽轮机1号、3号、4号各轴振爬升。5:35,3X、3Y升至230μm、241μm,4X、4Y升至76μm、190μm,启动交流润滑油泵准备停机,3X、3Y瞬间降至170μm、175μm,4Y降至130μm,润滑油压由0.1MPa升至0.134MPa,于是机组改停机为维持交流油泵运行。8:00,3X、3Y升至220μm并呈跳动上升趋势,8:32,3X、3Y均超250μm,汽机保护再次动作,跳闸。2振动试验和试验结果为搞清机组异常振动的原因,立即安排了相关试验;并安排专业人员到现场进行测试。2.1主温度和3x、3y3月24日14:38,主油温由41.6℃调到44℃,3X、3Y上升至110μm、108μm。15:30,300MW,16:46,主油温38.9℃,3X:119μm、3Y:109μm。没有发现明显规律。2.2变量锁密封温度试验16:52,低压轴封温度由127℃开始调整,18:35,温度提高至143℃,3X:125μm,报警,3Y:113μm。2.3x、3y下降至油气流场,5.3月24日20:30,维持润滑油温42℃,真空由-95kPa调至-92kPa,20:33,3X、3Y达到230μm;启动交流润滑油泵,3X、3Y下降至130μm。3月25日09:05,302MW,真空由-92kPa调至-94kPa,振动增大,最高3X:191μm,3Y:185μm;启动交流油泵,真空降至-92kPa后,3Y降至135μm左右波动。10:22,停止交流油泵2min～3min,3X增大最高至180μm,启动交流油泵后,3X降至130μm。12:12,停运交流油泵。12:38,轴振再次增大最高至180μm,启动交流油泵后轴振又回落。2.4振动随设备及负荷变化情况3月25日16:30,开始降负荷,在285MW及275MW停留时,轴振趋势较为平稳。18:24,负荷降至264MW时,3X、3Y增大,分别为164μm、160μm,4Y由94μm增至123μm。18:30,增至274MW,轴振开始下降,19:30,负荷降至270MW,振动增大,启动交流油泵运行。20:20,加负荷到300MW,振动趋于稳定。23:01,停运交流油泵。23:15,3Y达195μm,启动交流油泵运行,3Y降至120μm。3月26日8:52,停运交流油泵,维持机组300MW负荷运行。11:43,3Y增大至190μm,启动交流油泵运行,3Y降至120μm。在上述试验中,没有发现该机突发性振动与润滑油温、轴封温度、真空、有功负荷有明显的规律性关联;唯一突出的关联是投交流润滑油泵,3号、4号振动降低。2.5振动的发生与运行条件采用专业测振仪测得的时间趋势图(图1～图3)、瀑布图(图4、图5)、频谱图(图6、图7)如下:根据测试,对该机异常振动得到如下结果:(1)突发性振动主要发生在3号、4号轴振;1号、2号轴振同时也增大,但幅值较小;(2)振动增高的成分是18/19Hz的低频;(3)起振时没有发现间隙电压明显变化;(4)高振动的出现与负荷、真空、交流油泵等运行状况有关;满负荷振动尚稳定,但降到260MW时,低频出现;低频出现后,如不及时调整运行参数,振动会增大直至发散;控制低频的一个有效方法是开启交流油泵。3突发振动分析该机组本次揭高中压缸检修后,启动、试验、带负荷都比较正常。首次出现振动增大是220MW负荷情况下,停运循环水泵导致真空变化约2kPa时诱发出来,尤其是3号、4号轴振均较为敏感,停运循环水泵操作能暂时抑制振动发散。随后的试验也反映出真空变化对轴振稳定性有影响。相对而言,该机组在高负荷区间振动较为稳定。降负荷时振动开始增大发散的初始节点在220MW,第一次机组跳闸时减负荷操作没能抑制振动发散,包括对后面做降负荷试验情况来分析,负荷越低运行越不稳定。经过两次振动大保护动作跳机后,不稳定负荷区间增大,起振的负荷节点提高,以致到最后274MW甚至300MW都表现出振动不稳定。机组整体运行稳定性越来越差,必须开启交流油泵才能确保不跳机。测试结果表明,3号、4号轴振发散时波动较大,一旦出现后,不会消失。提高润滑油温42℃～44℃,对振动有一定抑制作用。高真空更容易诱发振动发散。启动交流油泵对抑制振动发散有明显效果,当振动异常增大,启动交流油泵能马上降低低频分量波动幅度,确保振动不发散。增加润滑油流量及提高润滑油压力有利于机组运行稳定。在对该机组进行专业振动测试分析之前,单纯从振动增大的速率、幅度、工况看,故障像动静碰磨。加之考虑到本次检修进行了汽封改造,通流、轴封间隙重新调整,同时,标高也做了调整,这些工作,都可能导致动静碰磨,因而,判断倾向于碰磨。但其后进行的专业测试结果显示,这个突发性振动增高的成分是18/19Hz低频,怀疑方向因此立即转向轴系失稳。失稳有两种可能:轴承油膜失稳和汽流激振。3号、4号轴振增大的同时,高中压转子的2号、1号轴振也增大;且从汽流激振的其它案例看,有些汽流激振并非发生在满负荷,有些机组也发生在高中负荷,满负荷振动反倒稳定;因此,在分析中汽流激振并不能完全排除。此次突发性低频振动主要表现在3号、4号瓦,低压转子不可能存在汽流激振,则最大的可能是低压转子/轴承系统的失稳。但在明确给出这个结论前必须解决两个问题:一是300MW机组低压转子的3号、4号椭圆轴承承载很高,能否出现轴承油膜失稳?有无先例?二是该机的低频振动成分是18/19Hz,如果是轴承失稳,低频应该和低压转子的临界转速完全一致或十分接近。该转子2009年现场实测的临界转速是1335r/min(22.25Hz),厂家提供的计算值为1753r/min(29.22Hz),均高于18/19Hz。从机理上讲,如果找不到18/19Hz的来源,则轴承油膜失稳判断的可信度将大打折扣。经查实,国内有300MW机组低压转子轴承失稳的案例。对于18/19Hz的来源,当时考虑的一个可能是#4瓦瓦温低,该瓦脱空或部分承载,造成低压转子临界转速降低,从1335r/min降到了当前的1080r/min～1140r/min。原本,对轴系临界转速的变化可以用数值计算的方法给出较明确的答案,但限于时间等原因,无法进行。3月27日降速过程,4Y在1100r/min有小峰(图8),同时,如同2009年记录,在1334r/min有高峰;瓦振4⊥在1139r/min有明显高峰。DCS记录显示了类似情况,在惰走(图9)至1174r/min时,3X、3Y均从38μm飞升到74μm和79μm;4Y振动飞升更为明显,从45μm最高达到136μm。这些峰对应的转速正好与18/19Hz一致,这就对18/19Hz的来源,给出了明确答案。现场实际机组的故障诊断,往往是对多个现象和表征进行分析;而这些现象和表征,有时又是相互矛盾的。一些现象支持这种故障,另一些现象却又否定这种故障,支持另外的故障。一般情况,现场机组轴系油膜失稳的分析诊断难度不很大,可以很容易或较易给出确定性意见;但对这台机,却需要慎重反复考虑。经验表明:机组振动故障分析诊断中,首先要抓住主要现象,不可脱离主线而被次要现象迷惑。本台机的故障表征主要是低频,这是关键证据。低频意味着“失稳”,不应该是“动静碰磨”,这也应该十分明确地肯定;另外,突发性振动最明显的部位是3号、4号瓦,故障来自发电机的可能性应该排除;同时,低压转子不可能出现汽流激振,则故障来自高中压转子汽流激振的可能性也予以排除。这样分析下来,问题出在低压转子本身,来自3号、4号瓦的可能性最大。对比检修前后各轴瓦温度(表1)可以发现:2号轴瓦瓦温修后比修前明显升高,4号瓦温修后比修前低。因2号、3号瓦间有中低压靠背轮连接,4号、5号瓦间有低发靠背轮连接,反映出2号瓦负荷偏重,4号瓦负荷偏低。轴瓦负荷偏低会造成轴瓦运行稳定性差。初步判断是3号、4号瓦的标高问题,尤其是4号瓦。经讨论研究,决定立即停机做进一步检查,然后根据检查结果,确定最终处理方案。3月27日3:24机组停定转入检修。4失稳机驱动下的群效应及处理方案停机翻2号、3号、4号瓦,发现4号下瓦磨损严重,原椭圆瓦型面已被破坏,成为了圆筒瓦;3号下瓦也磨损;这些缺陷,是导致轴瓦稳定性变差,低压转子-轴承系统出现低频涡动的主要原因。检查中,同时安排常规测量各项数据,包括顶隙、侧隙、桥规。根据检查情况分析,停机前推测的4号瓦脱空造成低压转子临界转速降低是有误的。检查表明,4号瓦没有脱空,而是瓦面磨损变形;低压转子1335r/min的临界转速也没有降低,而是瓦面变形后油膜特性的变化,致使在1335r/min之前又多出了一个1139r/min的副峰。根据失稳机理,油膜失稳力产生后,推动转子以系统的最低阶共振频率涡动,对于当前的系统,即以19Hz(1139r/min)涡动。由于不断强化的调度生产管理需要,当前国内电厂对运行机组振动故障的分析诊断和处理,尤其对热态机组的处理,往往要求振动专业人员对故障原因和性质给出明确的结论,要求一次性处理成功,不得反复。诊断是重要环节,处理方案的确定同样重要。本例根据轴承标高、各轴承负荷分配、瓦面磨损情况,确定了处理实施方案。最终实施的处理措施:(1)对3号、4号瓦下瓦均作仔细的手工修刮,恢复轴瓦椭圆型面;(2)考虑到汽封、通流间隙等已调整好,机组冲转过程较为理想,决定不调整中低压靠背轮状态;将2号轴瓦下瓦抽0.10mm垫片,降低2号瓦载荷;(3)磨削3号上瓦中分面,最终,前后顶隙由0.79mm/0.90mm减小为0.66mm/0.77mm;(4)将4号轴瓦标高上抬0.12mm。5机组振动趋势4月4日该机组处理后冲转。3000r/min时各瓦振动值列于表1。4月5日9:26,负荷300MW时各瓦振动值列于表2。4月5日高负荷3Y、4Y振动趋势图如图11、图12所示。经过上述处理,机组冲转到满负荷运行、降负荷调峰等监测情况表明,突发性振动消除;3号、4号轴瓦低频分量消失;达到长期稳定运行的条件。6停车前