孙京伟

（国电电力大同第二发电厂（公司），山西 大同 037043）

振动是汽轮发电机组运行中最常见的主要故障之一，严重时会形成振动事故。从目前许多地区的消振和振动事故原因分析，主要还是个人的经验和直觉进行，因而走了不少弯路。机组的振动状态在很大程度上决定了汽轮发电机组运行是否可靠，或者说机组的振动参数是表示汽轮发电机组稳定运行的最重要的指标之一。

根据以往的经验，汽轮发电机组的大部分事故，特别是比较严重的设备损坏事故，都会有某种异常振动的前兆，而且在毁机的过程中都毫无例外地表现出剧烈的振动。如果运行人员能够根据振动的参数变化及时地对机组发生振动的原因作出正确的判断和恰当的处理，就能够有效地防止事故进一步扩大，从而避免或减少事故造成的危害。因此，如果汽轮发电机组在运行中发生的异常振动现象，必须认真、谨慎地对待。作为汽轮发电机组的运行人员，尤其是大功率、高参数汽轮发电机组的运行人员，系统地掌握有关机组的振动知识是非常必要的。

1 关于振动的基本知识

所有物体或机件都有一定的质量和弹性，而本身具有弹性的质量或是与它相连接的弹性部分的组合体，就被称为弹性系统。当弹性系统中的物体，处在稳定状态下受到一次外力的扰动后，它就会以一定的频率在原来静止位置为中心作往复运动，这种运动就被称为振动。因此，振动在弹性系统中存在。而机械振动可概括为物体的位置周期性的离开其系统中的原定位置。

2 振动造成的危害

当汽轮发电机组发生过大振动时，造成的伤害主要表现在对设备和人身两个方面。具体从如下几个方面论述。

2.1 转子和静子部分发生摩擦

随着机组单机容量的增大和对高效率的要求，汽轮机流通部分的间隙，特别是径向间隙越来越小（低于500 μm），在较大振动下，会造成汽轮机转子和静子部分的摩擦。这不仅造成部分转子和静子的损坏，而且当摩擦造成汽封间隙变大后，增大了转子的轴向推力，引起推力瓦油温升高，甚至会发生推力瓦损坏事故。如果摩擦直接发生在转轴处，还会造成转子的热弯曲，使轴和轴承的振动进一步增大，扩大破坏程度，还会引起转轴的永久弯曲。

2.2 加速某些部件的磨损和产生偏磨

因振动而产生不均匀磨损的部件，对静止部件来说，主要是加速滑销系统的磨损。振动之所以会使这些部件加速磨损或偏磨，是由于动静部件或两个部件之间存在着差别振动，而且这个差别振动的方向对转子来说是一定的，它由转子上的扰动力的方向所决定（在一定转速下）。这些转动部件在定向差别振动的作用下，转动部件的某一方向磨损较其他方向较大，因而产生偏磨。例如，发电机滑环和励磁机整流子椭圆度过大，将使电刷冒火；滑销系统磨损后，会使机组膨胀蠕变。

2.3 动静部件的疲劳损坏

振动会使某些部件产生过大的动应力导致应力变形，造成疲劳损坏，事故扩大。这种疲劳损坏虽然要有一个时间过程，但是随机部件上应力的增大，时间过程就会随之缩短。所以有些机组部件尽管只是在起停过程中发生了几次大振动，但也能使某一些部件发生疲劳损坏。

由于振动而使零件发生疲劳损坏的，以轴瓦乌金破裂较多。主要原因是由于轴颈和轴瓦的振动差别太大，轴颈在轴瓦内发生撞击后，引起局部废劳而产生表面破裂、剥落或脱胎。当剥落下来的乌金块落入间隙时，会把轴瓦乌金辗坏或引起整个轴瓦的损毁。

2.4 某些紧固件的断裂和松脱

过大振动使轴承座地脚螺丝断裂和某些零件发生松动而脱落，失去它原有的固定功能，从而使机组发生事故。振动过大使紧固发生松动间接引起的另一个现象是使基础松动，轴承座刚度降低，轴承振动进一步增大。这种现象也比较多见，有时还会引起基础和周围建筑物产生裂纹。

2.5 机组的经济性降低

汽轮机汽封间隙越大，汽轮机的热经济性就越降低。

2.6 直接或间接造成设备事故

当汽轮机发生过大振动时，危急保安器或机组的其它保护仪表的正常工作将直接受到影响，严重时会引起这些部件的误动作，直接造成事故停机。例如，美国在1965年投运的一台1000MW双轴汽轮发电机组，就因发电机定子铁芯振动过大和定子绕组端部绝缘块发生问题，连续两次发生设备重大事故。对于水冷发电机转子，振动过大会引起水管断裂，引起冷却水泄漏事故。

2.7 对人身的危害

振动对人体的危害也很严重。过大的机械振动和噪声，对值班人员的生理会产生不利的影响。考虑振动和噪声对人体的影响时，要涉及机械和心理两种效应。据资料介绍，从承受振动和冲击的角度出发，人体也可被看作一个简化的机械系统。过大的振动在多数情况下会引起运行人员有明显的疲劳感，降低工作效率，并且降低预防、判断和处理事故的能力。

从振动造成的主要危害出发，不仅额定转速下的过大振动会产生这些危害，而且在启动和停机过程中所发生的过大振动，也有类似的危害。因为即使发生过大振动的时间很短，也同样会造成动静部分摩擦，经多次启停后发生大的振动，也能使某些紧固件松脱和某些部件的疲劳损坏。因此，在机组启动中，当临界转速下振动很大时，过去不是从降低临界转速下的振动着手，而是采用冲临界转速的方法，这种从振动对机组的危害考虑是极为有害的。在升速过临界转速时，虽然可以用加速的方法冲临界转速，使轴承振动得不到发散，但在停机过程中，就难以避免在临界转速下发生过大振动。实际上这种冲临界转速的起动方式，是早先转子平衡技术非常落后时的起动方法。当前平衡技术已经提高，一般无需花多大的精力就可以使转子在各个临界转速下的振动保持在要求范围内，因而无须采用冲临界转速的办法。对临界转速下振动较大的机组，应该从改善转子平衡工艺着手来消除振动。过去调整转子平衡只考虑工作转速下的轴承振动，而对于转子临界转速下的轴承振动很少考虑，这是不合理的。

3 机组振动评价标准及报警和跳闸值整定

3.1 以轴承振幅为尺度的振动标准

这是一种最早的评定机组振动状态的方法，它的形成与振动测量技术发展历史直接相关。标准本身是在统计和总结长期运行经验的基础上提出的，而且经过不断改进和完善，所以这种评定机组振动状态的方法是可靠的。因此直到目前为止，不论是国内还是国外，仍广泛应用。

我国在1954年制定的《电力工业技术管理法规》中就正式规定了在电厂运行的1 500 r/min、3 000 r/min汽轮发电机组轴承振动标准，该法规在1957年、1959年和1980年又重新作了修订，但机组振动标准一直未变，如表1所示。

表1 《电力工业技术管理法规》中规定的汽轮发电机组振动标准（双振幅，μm）

表1的振动标准在当时、后来乃至目前，对于防止运行机组发生振动过大事故起了很好的作用。

3.2 以转轴振幅为尺度的振动标准

为了克服以轴承振动为尺度的振动标准不能正确反映转轴振动状态的缺点，不少专家提出采用以转轴振动为尺度的振动标准来评定机组的振动状态。随后，由于振动测试技术的发展，转轴振动测量在现场获得广泛应用。

3.2.1 VDI-2059和ISO7919/1-1986标准

如表2所示。

3.2.2 ISO DIS7919/2的规定

如表3所示。

VDI-2059和ISO7919/1-1986是以测量平面内轴心轨迹最大位移单峰值，作为评价机组振动标准，而ISO DIS7919/2则以两个相互垂直方向上轴振最大位移的峰值作为评价机组振动标准。

表2 VDI-2059汽轮发电机组转轴振动标准（μm）

表3 ISO DIS7919/2转轴振动评价标准（双振幅）

转轴振动（相对）绝对值，分为A、B、C3个区域，或称3个等级。A区：轴振小于该值，可认为机组振动良好；B区：轴振小于该值，可认为机组振动合格，可以长期运行，但超过此值，应发出报警；C区：轴振小于该值，机组可以短时间地运行，但应发出警报，并应尽快采取消振措施。如果轴振超过此值，应跳闸停机。

3.3 以轴承振动烈度为尺度的振动标准

所谓轴承振动烈度，是指轴承振动速度的均方根值，单位是mm/s.因为采用以振动烈度为尺度的振动标准，并没有克服以轴承振动为尺度的振动标准所存在的弊病，而且还带来了一个不直观的振动量值观念，对此目前还有许多人持不同看法，所以此处不再详细介绍。

3.4 机组振动报警和跳闸值整定

机组振动报警和跳闸是与机组振动评定标准相平行的一个问题，它不仅是集中控制机组调试内容之一，而且也是一般运行机组安全控制的重要指标之一，目前国内还没有制定这一规范，因此新机启动与运行规程修订，常为允许最大振动而发难。

3.4.1 振动报警和跳闸值整定原则

机组振动达到报警和跳闸值，并不意味着机组已经处于危机状态，作为报警值设计意图，是让运行人员把注意力集中到振动特性变化方面来，迫使他们考虑振动故障原因，并随时准备采取可能的纠正性操作；当振动达到跳闸值时，如不再停机，机组振动增大将危及机组的安全。从目前统计来看，振动跳闸近似为振动报警值的1.5～2.0倍，而且还要考虑到当振动达到跳闸值时，切断汽源停机过程中振动还会继续增大，此时应保证机组仍能承受将发生的振动，即机组不会产生明显的损伤。

3.4.2 振动报警和跳闸值整定

振动报警和跳闸值是与所有运行机组直接有关的安全控制的重要指标，目前国内只有在《电力建设施工及验收技术规范》（DL5011—92）附录N中，推荐了ISO DIS7919/2规范。

4 实际应用

大同第二发电厂（公司）7#和8#机组是国内首台2×600 MW直接空冷机组，采用东方锅炉（集团）股份有限公司与英国三井-巴布科克公司（MB）技术合作设计制造的DG2060/17.6-II1型亚临界参数自然循环锅炉。锅炉为亚临界参数、自然循环、前后墙对冲燃烧方式、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、尾部双烟道、紧身封闭、全钢构架的汽包炉。汽轮机系哈尔滨汽轮机有限责任公司生产的国内首台NZK600-16.7/538/538型空冷一次中间再热、四缸四排气、单轴、双背压、凝汽式汽轮发电机组。发电机为哈尔滨电机有限责任公司制造的QFQS-600-2YH（G）型三相交流隐极式同步发电机。

汽轮发电机主机轴振动系统使用的是Bently330103电涡流传感器，TSI使用的Bently3500测量系统，在汽轮机前箱至发电机端的10个轴瓦上，各安装了X与Y且与水平成45°的两支传感器，共20个传感器。接收信号模件为3500/42M，每一模件接收4路信号，共使用5块3500/42M模件。出口继电器模件为3500/32，每块模件有4个出口继电器。1至10瓦20支传感器单支信号高或逻辑实现停机，动作值为254 μm.机组同时配置北京华科同安TN8000振动监测分析诊断系统。

5 结束语

在发电厂的全部发电监测设备中，振动作为一个主要设备性能监测指标是必不可少的，需要不断发展，才能更智能、更真实地反应机组的真实情况，杜绝误报误发，在这方面还需要更进一步。