某火电厂#2机组异常振动分析及故障排除

【摘要】汽轮机组异常振动是汽机常见故障中较为复杂的一种故障。由于机组的振动往往受多方面的影响，只要跟本体有关的任何一个设备或介质都会引起异常振动。因此，针对汽轮机异常震动原因的分析就显得尤为重要，只有查明原因才能对症维修。案例通过对京能（赤峰）热电厂#2机一瓦异常振动情况的分析、试验，确定为低负荷多阀控制下高压调解进汽门开启顺序不合理引起的汽流激振。经在线组态DEH逻辑改变高压调门开启顺序，消除汽流扰动改善机组振动情况，提高机组的安全性、经济性。

【关键词】振动；异常

1、设备概况

京能（赤峰）能源是装有2×135MW机组的火力发电厂，汽轮机为哈尔滨汽轮机厂生产的CC135/N150-13.24/535/535/0.981/0.294型超高压一次中间再热、单轴、双缸、双抽汽供热、凝汽式汽轮机。4个高调门分为两组，其中1、4号调门为一组，2、3号调门为一组。DEH为上海新华公司的XDPS-400E+分散控制系统（DCS）。本次改变汽轮机高压调门进汽顺序逻辑组态就是利用XDPS控制系统进行的。

2、机组振动情况分析

振动一般分为摩擦振动（其主要特点：一是振动信号的主频仍为工频，但由于受到冲击和一些非线性因数的影响，可能会出现少量分频、倍频和高频分量；二是振动的幅值和相位都具有波动现象，且持续时间较长；三是降速过临界时的振动较正常升速时大，停机静止后大轴偏心明显增大）；转子热变形引起异常振动（其主要特点：一倍振幅的增加与转子温度和蒸汽参数有密切关系，同时伴随相位变化，都会产生与质量偏心类似的旋转矢量激振力）汽流激振（其主要特点：一是有较大量值的低频分量；二是振动的增大受运行参数的影响明显，如负荷、汽压等，且增大应该呈突发性。其原因主要是由于叶片受不均衡的气体流动冲击而发生汽流激振）2010年期间#2机组负荷在80-100MW间运行时一瓦轴振经常异常升高，经多次查找历史曲线，依据异常振动特征，结合对本机组设备安装检修与运行参数的分析，造成一瓦振动波动大的原因，可能有以下几点：一是轴系对中与转子平衡不良；二是存在汽流扰动作用力的影响；三是轴承的负荷分配与转子扬度有待改进；四是主油泵齿形联轴器松动。经长时间运行调整发现#2机一瓦轴振异常波动只发生在80-100 MW负荷之间，而在此区间外机组各参数均正常。正常运行时一瓦轴振X40um、Y42um，异常波动后X/Y均突然上升至110-130um，其他轴瓦振动无明显变化。我厂高调门GV1、GV2对应调节级下缸进汽，GV3、GV4对应调节级上缸进汽DEH由单阀控制切换为多阀控制时，高压调节阀的原设计开启顺序为GV1+GV2GV3GV4，即GV1、GV2和GV3同时开启，然后是GV4最后开启。关闭顺序与此相反。

这样当低负荷、主汽压力较高，尤其是多阀控制时，就会造成高压缸下缸进汽多，上缸进汽少，当圆周进汽不均或存在较大的扰流，就可能会改变一瓦受力，使机组一瓦X/Y振动异常波动。经分析其振动特性与上述的“汽流激振”特性相似（振动的增大受运行参数的影响明显，如负荷、汽压等，且增大呈突发性。其原因主要是由于叶片受不均衡的气体流动冲击而发生汽流激振）。通过改变负荷，或进汽方式，可以降低振动水平。

综上所述，经运行人员请示，有关领导研究决定：当一瓦振动异常波动时，我们将多阀控制方式切换为单阀控制方式。或请示调度，将负荷避开80-100MW区间。一瓦轴振果然恢复至正常值，效果非常明显。这就更加确认了一瓦异常振动与高调门及调节级配汽有关，即汽流激振。

3、方案制定

3.1避免机组在80-100MW负荷运行。此方案不可能长时间实施，不可取。3.2异常振动时将多阀控制切至单阀控制。此方案会降低机组经济性，且频繁切换单/多阀控制对机组安全运行不利，不提倡。3.3将#2、#3高调门所对应导管对调，使高压缸调节级均匀进汽，消除汽流激振。此方案必须停机处理，且工期长、工作量大，短期内无法实现。3.4 DEH在线组态：将原开启顺序GV1+GV2GV3GV4改为GV1+GV3GV2GV4.此方案可以不停机排除故障，风险是调门控制逻辑复杂，防止保护误动作造成跳机。

4、故障排除

经研究决定实施“在线组态”方案，具体实施方案及注意事项如下：

4.1负荷稳定在110MW，解除协调，解除一次调频、投入功率回路控制，主要参数正常；汽轮机背压稳定；4.2 DEH为单阀控制，所有阀门指令、行程及反馈正常，无卡涩现象；4.3切换前，维持稳定运行时间不少于30分钟；4.4切换过程需记录机组负荷、各高调门阀位等重要参数；4.5附汽轮机单＼顺阀流量曲线图；确认ETS主保护投入。

实施过程中安全、技术措施：

1）在切换过程中不得进行任何有影响机组工况的操作，密切监视一瓦振动、温度等变化；2）机组振动发生异常时应立即切回至原方式运行，查明并消除原因后经允许再次向“顺序阀”控制方式切换；3）切换时如出现任一高调门卡涩、大幅摆动则强行将阀门置于单阀方式，以减小负荷扰动； 4）切换过程中，如机组主要参数超限，按运行规程处理。经充分准备工作后，热工人员开始在工程师站进行“在线组态”，即将4个高调门开启顺序改为GV1+GV3GV2GV4。经随后的观察试验，各调门控制功能正常，控制方式由“单阀控制”切换为“多阀控制”后机组运行稳定。将负荷降至100-80MW后运行稳定，一瓦振动恢复正常，无异常波动现象。至此，#2机组在线组态DEH调门开启逻辑成功。

5、结束语

汽轮机异常振动是运行过程中不可避免的故障，同时也是较为常见的故障。在进行此类故障排除时，不能急于拆解机组，首先要根据故障特征进行故障分析，确定故障原因，针对本机组制定最佳最有效的方案。京能（赤峰）热电针对#2机一瓦异常振动情况的分析，经在线组态DEH逻辑改变高调门开启顺序，减小汽流扰动作用力的影响，改善了机组振动情况，提高了机组的安全性、经济性，取得了较好的经济效益和良好的社会效益。

参考文献

[1]潘宏刚，易东来等.汽轮机叶轮振动实验装置研发[J].沈阳工程学院学报，2013-10：314～316.

[2]上海新华.电站汽轮机数字式电液控制系统-DEH.中国电力出版社，2005-5-1