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发电机振动大、氢气纯度差,故障原因竟然相同!

所属分类:行业百科    发布时间:2018-10-24   作者:admin
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某200MW机组运行过程中,在带大负荷阶段出现发电机轴振异常升高、发电机氢气纯度低的故障。内蒙古发电机批发通过对比发电机轴瓦振动的变化,制定了试验方案并实施,在分析运行及试验数据的基础上,对发电机轴瓦振动大故障进行了诊断。诊断结果表明,发电机轴瓦振动大的原因为发电机转子高负荷发生热弯曲,氢气纯度低的原因为振动大导致密封瓦和轴颈损坏,氢气受到密封油污染。根据诊断结果,结合现场实际运行情况,在7瓦滑环处加配重块,进行现场高速动平衡,同时对6瓦轴颈进行修复,更换6、7号密封瓦。动平衡和检修结果表明,发电机轴瓦振动得到了有效降低,氢气纯度恢复正常。


引言


汽轮发(fa)(fa)电机(ji)(ji)组(zu)(zu)振(zhen)(zhen)动(dong)(dong)大,将直接(jie)影响到(dao)机(ji)(ji)组(zu)(zu)的(de)(de)(de)安全运(yun)行(xing)[1]。某200 MW汽轮发(fa)(fa)电机(ji)(ji)组(zu)(zu)于(yu)2006年(nian)投产,近年(nian)来机(ji)(ji)组(zu)(zu)运(yun)行(xing)中出(chu)(chu)现发(fa)(fa)电机(ji)(ji)6、7瓦振(zhen)(zhen)动(dong)(dong)异常升高的(de)(de)(de)故障(zhang),振(zhen)(zhen)动(dong)(dong)频率主(zhu)要(yao)以50Hz工频振(zhen)(zhen)动(dong)(dong)为主(zhu),6Y轴(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)振(zhen)(zhen)幅值在107μm至(zhi)145μm之间波动(dong)(dong)。伴随着发(fa)(fa)电机(ji)(ji)轴(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)振(zhen)(zhen)升高,出(chu)(chu)现了发(fa)(fa)电机(ji)(ji)6瓦处密封(feng)瓦损坏严重(zhong),发(fa)(fa)电机(ji)(ji)漏氢量急剧增加,严重(zhong)威胁机(ji)(ji)组(zu)(zu)运(yun)行(xing)安全。通过跟踪对(dui)比发(fa)(fa)电机(ji)(ji)轴(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)瓦振(zhen)(zhen)动(dong)(dong)的(de)(de)(de)变化,制定了相关试(shi)验(yan)方案并实施,在分(fen)析运(yun)行(xing)及试(shi)验(yan)数(shu)据的(de)(de)(de)基础(chu)上,对(dui)发(fa)(fa)电机(ji)(ji)轴(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)瓦振(zhen)(zhen)动(dong)(dong)大故障(zhang)进行(xing)了诊断,并进行(xing)了相应的(de)(de)(de)处理(li)(li),汽轮发(fa)(fa)电机(ji)(ji)轴(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)系振(zhen)(zhen)动(dong)(dong)处于(yu)良好状态,发(fa)(fa)电机(ji)(ji)氢气(qi)系统运(yun)行(xing)正(zheng)常,对(dui)汽轮发(fa)(fa)电机(ji)(ji)组(zu)(zu)类(lei)似振(zhen)(zhen)动(dong)(dong)故障(zhang)、氢气(qi)系统故障(zhang)的(de)(de)(de)分(fen)析及处理(li)(li)具有(you)借鉴意(yi)义(yi)。


1、汽轮发电机组简介


某200MW汽(qi)轮(lun)机(ji)(ji)(ji)为(wei)(wei)(wei)单轴(zhou)、三缸(gang)双排汽(qi)、中(zhong)(zhong)间(jian)再(zai)热、间(jian)接空冷凝式(shi)汽(qi)轮(lun)机(ji)(ji)(ji),型(xing)号(hao)为(wei)(wei)(wei):NJK200-12.7MPa/535℃/535℃,由(you)一(yi)(yi)个(ge)高(gao)(gao)压(ya)缸(gang)、一(yi)(yi)个(ge)中(zhong)(zhong)压(ya)缸(gang)、一(yi)(yi)个(ge)低压(ya)缸(gang)组成(cheng)。汽(qi)轮(lun)机(ji)(ji)(ji)高(gao)(gao)中(zhong)(zhong)压(ya)缸(gang)为(wei)(wei)(wei)合(he)缸(gang)结构,两个(ge)低压(ya)缸(gang)均为(wei)(wei)(wei)双流反向(xiang)布置并采用落地轴(zhou)承(cheng)座(zuo)。汽(qi)轮(lun)发电机(ji)(ji)(ji)组轴(zhou)系中(zhong)(zhong)除(chu)1号(hao)轴(zhou)承(cheng)采用可倾(qing)瓦(wa)式(shi)轴(zhou)承(cheng),2号(hao)轴(zhou)承(cheng)为(wei)(wei)(wei)推力支(zhi)持联(lian)合(he)椭圆轴(zhou)承(cheng),其余均采用椭圆形轴(zhou)承(cheng)。


配套发电(dian)机(ji)型号为QFSN3-200-2型汽轮发电(dian)机(ji),采(cai)用自并励(li)磁(ci)系统(tong)为发电(dian)机(ji)转子(zi)(zi)(zi)绕组供励(li)磁(ci)电(dian)流。发电(dian)机(ji)采(cai)用定子(zi)(zi)(zi)绕组水内冷,转子(zi)(zi)(zi)绕组氢(qing)内冷,定子(zi)(zi)(zi)铁(tie)芯及(ji)其它部件氢(qing)气表(biao)面冷却的“水-氢(qing)-氢(qing)”冷却方式。发电(dian)机(ji)内部为密(mi)闭式循(xun)环通风结构,氢(qing)气由发电(dian)机(ji)两端的四角冷却器进行冷却。


该发电(dian)机采用(yong)双(shuang)流环(huan)密(mi)(mi)封(feng)(feng)油(you)(you)(you)系(xi)(xi)统(tong)(tong),密(mi)(mi)封(feng)(feng)油(you)(you)(you)系(xi)(xi)统(tong)(tong)由空侧(ce)(ce)和氢(qing)侧(ce)(ce)两个各自独立又互有(you)联系(xi)(xi)的(de)的(de)油(you)(you)(you)路组成,空侧(ce)(ce)和氢(qing)侧(ce)(ce)密(mi)(mi)封(feng)(feng)油(you)(you)(you)同时向发电(dian)机两端(duan)的(de)双(shuang)流环(huan)式密(mi)(mi)封(feng)(feng)瓦供油(you)(you)(you),空侧(ce)(ce)和氢(qing)侧(ce)(ce)密(mi)(mi)封(feng)(feng)油(you)(you)(you)通(tong)过(guo)两端(duan)的(de)平衡阀保持(chi)油(you)(you)(you)压(ya)相(xiang)等,空侧(ce)(ce)密(mi)(mi)封(feng)(feng)油(you)(you)(you)和氢(qing)气通(tong)过(guo)主差压(ya)阀维持(chi)两者(zhe)差压(ya)稳(wen)定(ding)。


汽轮机(ji)发电机(ji)组轴系各(ge)轴承(cheng)支撑情况及(ji)连接如(ru)图1所示。


2、振动及漏氢(qing)现象描述


该(gai)机(ji)(ji)(ji)(ji)组在2015年(nian)大修之(zhi)后,发(fa)电(dian)机(ji)(ji)(ji)(ji)6、7瓦(wa)(wa)(wa)振动(dong)(dong)升高,2016年(nian)5月发(fa)电(dian)机(ji)(ji)(ji)(ji)6、7瓦(wa)(wa)(wa)通频(pin)振动(dong)(dong)情(qing)况(kuang)见表1。由表1可(ke)以看出(chu),机(ji)(ji)(ji)(ji)组在大负荷(he)阶段、励磁(ci)电(dian)流较大的情(qing)况(kuang)下(xia),总(zong)会出(chu)现发(fa)电(dian)机(ji)(ji)(ji)(ji)6瓦(wa)(wa)(wa)振动(dong)(dong)增大、7瓦(wa)(wa)(wa)振动(dong)(dong)基(ji)本(ben)保持不变的现象,6X轴振热变量达(da)到(dao)51μm;负荷(he)变化过程中,发(fa)电(dian)机(ji)(ji)(ji)(ji)6、7瓦(wa)(wa)(wa)轴振主要是1倍频(pin)为主,并且相位比较稳定;当机(ji)(ji)(ji)(ji)组负荷(he)、励磁(ci)电(dian)流降低(di)之(zhi)后,发(fa)电(dian)机(ji)(ji)(ji)(ji)6瓦(wa)(wa)(wa)振动(dong)(dong)也会随(sui)之(zhi)降低(di),振动(dong)(dong)状态(tai)基(ji)本(ben)能(neng)够(gou)回到(dao)之(zhi)前(qian)的基(ji)本(ben)状态(tai)。


伴(ban)随(sui)着发(fa)(fa)电机(ji)(ji)6瓦振(zhen)动变大,发(fa)(fa)电机(ji)(ji)氢(qing)气纯度(du)(du)下(xia)降(jiang),补(bu)氢(qing)量增加,具体现(xian)(xian)象(xiang)如下(xia):每天(tian)补(bu)氢(qing)量100m3左右(you),计算(suan)漏氢(qing)量8.14m3/d,氢(qing)气湿度(du)(du)偶尔有超标(biao)现(xian)(xian)象(xiang);汽端氢(qing)侧、空(kong)侧密(mi)封油(you)平衡阀差压表摆动较大,摆动范(fan)围-100Pa-+100Pa;发(fa)(fa)电机(ji)(ji)存在进油(you)现(xian)(xian)象(xiang),发(fa)(fa)电机(ji)(ji)底部(bu)排污管(guan)排油(you)量达到(dao)500ml/d。


图1 汽轮发电机组轴系结构图


3、发电机在线振(zhen)动试验(yan)


图(tu)1汽轮发电机(ji)组轴(zhou)系结构图(tu)


为了(le)进一步分析发(fa)电机振(zhen)动(dong)的(de)原(yuan)因及振(zhen)动(dong)特(te)性,2016年7月12日,对(dui)该机组进行了(le)轴系振(zhen)动(dong)试验(yan)。试验(yan)过程中(zhong),维(wei)持(chi)机组有功、氢(qing)气(qi)(qi)温度、氢(qing)气(qi)(qi)压力不变,通(tong)过调整(zheng)发(fa)电机无功,改变转(zhuan)子电流,收集轴系振(zhen)动(dong)及发(fa)电机相关运行数据。试验(yan)结果(guo)见表2、表3、表4。


试验结(jie)果表(biao)明:当(dang)发(fa)电(dian)(dian)机(ji)励磁电(dian)(dian)流(liu)增加,6瓦振(zhen)(zhen)动(dong)(dong)升高(gao);当(dang)发(fa)电(dian)(dian)机(ji)励磁电(dian)(dian)流(liu)降低(di),6瓦振(zhen)(zhen)动(dong)(dong)下(xia)降。发(fa)电(dian)(dian)机(ji)6瓦振(zhen)(zhen)动(dong)(dong)与(yu)励磁电(dian)(dian)流(liu)具有明显相(xiang)关性。


由于氢(qing)气温度(du)不具(ju)备试验(yan)条件(氢(qing)温达到了43℃,且冷却水(shui)门已全开,无(wu)调整余(yu)地),现场未进行(xing)氢(qing)温变化(hua)试验(yan)。通过(guo)查看机组的历史(shi)运(yun)行(xing)曲线(xian),密封油温度(du)、定冷水(shui)温度(du)变化(hua)对(dui)轴系振动没有明(ming)显影(ying)响。


4、发(fa)电(dian)机振动故障诊断


查看6瓦(wa)、7瓦(wa)轴(zhou)振相(xiang)位基本稳定(ding),现场轴(zhou)瓦(wa)处未受阻,而其他转子(zi)(zi)线(xian)圈膨胀正常,就(jiu)会导(dao)致发电(dian)机转子(zi)(zi)发生热弯曲,即(ji)发电(dian)机转子(zi)(zi)线(xian)圈不(bu)对(dui)称膨胀引起(qi)热不(bu)平衡,发电(dian)机轴(zhou)瓦(wa)振动(dong)增(zeng)大。这种故障引起(qi)振动(dong)与(yu)励磁电(dian)流也有相(xiang)关性,暂时不(bu)能排除(chu)。


表2 表3 表4


(1)发电(dian)机(ji)转子线(xian)圈匝间短路


2号(hao)机组转(zhuan)子线圈匝(za)间(jian)短(duan)路(lu)监测装置未安(an)装,所(suo)以无(wu)法(fa)确认机组是否发(fa)生了匝(za)间(jian)短(duan)路(lu)。但(dan)对比同厂同类型的3号(hao)机组运行情况,在相同有(you)功,相同无(wu)功条(tiao)件下,2号(hao)机组励磁电流没有(you)明显增(zeng)大,不具备匝(za)间(jian)短(duan)路(lu)的现(xian)象(xiang),所(suo)以可(ke)以排除此故障(zhang)。


(2)发电机内摩擦效应


如果发电机转子槽(cao)楔装(zhuang)配,间(jian)隔垫块安(an)装(zhuang)工艺,护环、芯环装(zhuang)配工艺不良(liang),在励磁(ci)电流增(zeng)加的过程中,发电机转子线(xian)圈受热(re)膨(peng)胀,会导致一(yi)部分转子线(xian)圈膨(peng)胀.[汽机监督(du)]


(3)发电机(ji)冷却系统存在故(gu)障


从试验结果来看,发(fa)电(dian)机(ji)(ji)内部冷却系统存(cun)在故障可能性(xing)较大(da)。本(ben)发(fa)电(dian)机(ji)(ji)2、4、6、8风(feng)(feng)区(qu)为冷却氢气(qi)入口温(wen)(wen)度(du),3、5、7、9风(feng)(feng)区(qu)为冷却氢气(qi)出(chu)口温(wen)(wen)度(du)。由(you)表4看出(chu),1风(feng)(feng)区(qu)温(wen)(wen)度(du)明显(xian)偏高,经热工(gong)人员检查为热工(gong)测点故障;发(fa)电(dian)机(ji)(ji)各风(feng)(feng)区(qu)氢气(qi)温(wen)(wen)度(du)分(fen)布(bu)不均,多个相邻(lin)风(feng)(feng)区(qu)(4、5风(feng)(feng)区(qu)和6、7风(feng)(feng)区(qu))进、出(chu)口风(feng)(feng)温(wen)(wen)没有温(wen)(wen)升(sheng)。发(fa)电(dian)机(ji)(ji)转子(zi)冷却风(feng)(feng)道局部堵塞或者匝间绝缘移位(wei)会引起通风(feng)(feng)不畅(chang),导致截(jie)面出(chu)现温(wen)(wen)度(du)不对称,发(fa)电(dian)机(ji)(ji)转子(zi)热弯曲,振动增大(da)[4-5]。


综合以上(shang)分析,对机组(zu)(zu)发(fa)电机振动增(zeng)大(da)的(de)故障诊断如下:本(ben)发(fa)电机热(re)敏性现象明(ming)显,轴瓦振动跟随机组(zu)(zu)有功正向变化,造成(cheng)这种(zhong)故障的(de)原(yuan)因(yin)主要为高负(fu)荷(he)发(fa)电机转子(zi)发(fa)生热(re)弯曲(qu)。发(fa)电机转子(zi)热(re)弯曲(qu)的(de)原(yuan)因(yin)可(ke)能(neng)为:转子(zi)冷却(que)不对称、发(fa)电机内摩(mo)擦(ca)效应(ying)。见(jian)异常摩(mo)擦(ca)声音,查看上(shang)次6瓦、7瓦密封(feng)瓦更(geng)换记(ji)录,安装尺(chi)寸、间隙符(fu)合规程要求,可(ke)以排除油(you)挡碰(peng)磨的(de)可(ke)能(neng)。


2号机组启动(dong)定速(su)3000rpm时候,6X轴振107μm。随着(zhe)发(fa)(fa)电(dian)(dian)(dian)机负荷升高,6瓦振动(dong)不稳定,呈现爬升状态。200MW时候,6X轴振158μm,热变(bian)量达到51μm。引起(qi)发(fa)(fa)电(dian)(dian)(dian)机热敏性(xing)的影响因素很多,包括(kuo)转子冷却不对称(cheng)、发(fa)(fa)电(dian)(dian)(dian)机转子线圈匝间短路、发(fa)(fa)电(dian)(dian)(dian)机内摩擦效应(ying)等[2-3]。


5、氢气纯(chun)度低故障诊断(duan)


针对发(fa)电机(ji)氢气纯度低的问(wen)题,现场开展如下检(jian)查:


(1)现场检查发电机与压缩(suo)空气(qi)管路、二(er)氧化碳管路已(yi)可(ke)靠隔离。


(2)现场检查(cha)2号机组(zu)氢(qing)侧(ce)密封(feng)(feng)油箱(xiang)补油管路温(wen)度(du)较高(gao),氢(qing)侧(ce)密封(feng)(feng)油箱(xiang)正(zheng)常(chang)排(pai)油管路及氢(qing)侧(ce)密封(feng)(feng)油快排(pai)管路温(wen)度(du)与(yu)环境温(wen)度(du)一致。


(3)尝试将关闭2号机组氢侧(ce)密(mi)封(feng)(feng)油(you)箱补油(you)阀之后,氢侧(ce)密(mi)封(feng)(feng)油(you)箱油(you)位快速下降(jiang),证(zheng)明(ming)密(mi)封(feng)(feng)油(you)回(hui)油(you)量少。


(4)现场(chang)检(jian)查(cha)氢侧(ce)密封(feng)油(you)(you)箱油(you)(you)位跟踪良(liang)好,排除浮球故障可能。


(5)将氢(qing)侧密(mi)封油快(kuai)排(pai)阀开关多次,排(pai)除阀门有内漏可能。


根据机组情(qing)况,结合现(xian)场检查情(qing)况分析,发(fa)(fa)电机氢气纯度低的(de).有可能(neng)的(de)原因为:由于(yu)发(fa)(fa)电机轴(zhou)振大,发(fa)(fa)电机密(mi)封瓦损坏严重,发(fa)(fa)电机密(mi)封油串入发(fa)(fa)电机内(nei)部,造成发(fa)(fa)电机内(nei)部氢气受到(dao)污染,纯度下降(jiang)。


6、故障处理


由于现(xian)场并不具备(bei)发电机(ji)解体或(huo)返厂检修的条件,而且机(ji)组轴系振(zhen)动的幅值、相(xiang)位情况(kuang)基本稳定,所以(yi),在(zai)现(xian)场具备(bei)的条件下,以(yi)高速动平衡来补偿(chang)发电机(ji)热弯(wan)曲。


经过动平衡(heng)(heng)计算,.终在发电(dian)机(ji)转(zhuan)子末端(duan)7瓦滑环(huan)处燕尾槽加平衡(heng)(heng)重量757g∠234°。轴(zhou)系动平衡(heng)(heng)前后(hou)振动情况见表5。机(ji)转(zhuan)子轴(zhou)颈部位进行(xing)了修复,启(qi)动后(hou)发电(dian)机(ji)氢(qing)气系统运(yun)行(xing)正常(chang),氢(qing)气纯度(du)合格(ge)。


7、结语(yu)


(1)通过现场对发电机氢(qing)气和(he)密封油系统(tong)进行检查(cha),并开展发电机轴(zhou)(zhou)系在线(xian)振动试(shi)验(yan),查(cha)找到(dao)了本机组(zu)发电机氢(qing)气纯度低(di)以及发电机轴(zhou)(zhou)振升高的原(yuan)因。


(2)通过(guo)现(xian)场进行发电机(ji)(ji)转(zhuan)子(zi)高速动平衡,发电机(ji)(ji)转(zhuan)子(zi)的热弯曲状态得到改善,轴(zhou)系振动处于良好状态,同时对6瓦轴(zhou)颈(jing)进行修(xiu)复,更换6、7号密封瓦,发电机(ji)(ji)氢气纯度恢复正常,达到预期的效(xiao)果。


表5 发电机转子动平衡前、后振动对比


从(cong)动平衡的结果来(lai)看,发电(dian)机(ji)轴振得到(dao)了(le)有(you)效降低(di),各瓦振动值(zhi)在..范围以(yi)内。同时,在机(ji)组停运期(qi)间,对损(sun)坏的发电(dian)机(ji)密封瓦进行了(le)更换,对磨(mo)损(sun)的发电(dian)


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