国电华北公司霍州发电厂 葛红健

汽轮发电机组在运行过程中经常会出现转子不平衡现象并引发故障。据统计，在汽轮机组已经发生振动故障中有80%左右是因转子不平衡而导致的，其中属转子本身质量问题的约占90%。当前汽轮机整体工艺水平有显著提升，加之火电厂自身不断总结经验、不断提升安装和检修质量，由转子本身导致的振动故障率在逐渐降低，但当前汽轮机发电机组振动的主要振源仍来自于转子本身的质量不平衡力。

1 国电霍州发电厂#1机组汽轮机振动大原因分析

1.1 汽轮机概述

国电霍州发电厂#1机组600MW 汽轮机为东方电气集团东方汽轮机有限公司引进日立技术生产制造。型号NZK600-24.2/566/566，型式为超临界压力、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽轮机。设计额定出力600MW，最大出力（VWO 工况）664.827MW，最大连续出力638.746MW，寿命不少于30年。汽轮机为冲动式，设计结构级38级，其中高压缸8级、中压缸6级、低压缸2×2×6级。机组采用复合变压运行方式，滑压范围30%～88%。汽轮机具有七级非调整回热抽汽，额定转速为3000rpm，旋转方向为逆时针（从机头向发电机看）。2011年5月投入运营，其振动主要表现在6X 振动大，历次启机接近报警值，经过大修2017年3月启动，5、6瓦轴振较大，5X 振动109μm，6X 振动103μm，6X 启机过临界振动和大修前变化不大，5X 振动明显变大。

1.2 原始质量不平衡

这是一种汽轮机原本就存在的故障，并不是汽机运行后才引发的，而是原来自身的条件就包含着。首先转子存在设计缺陷导致加工存在偏差，此时也易造成安装偏差，最终导致机组中转子质量偏心的存在。在运行中因动平衡精度不高，只进行低速动平衡时离心力较小，但转子不平衡质量离心力会随着转子转速的提高以转速的平方关系增加[1]。随着转子转速的不断上升直到达到工作转速时，转子的这一离心力要迫使机组振动，从而造成汽轮机振动过大。原始质量不平衡故障特征可总结为：转子振动是与转速同频的强迫振动，在一定转速下振动是比较稳的。定振动幅值随转速及振动理论中的共振曲线规律变换，在临界区达到最大值。

原始质量不平衡发生时间在新机启动和机组大修后，汽轮机组转子原始质量不平衡大多发生在转子部位，当然也存在低压转子不平衡状况，这两种情况下的转子不平衡部位均是靠发电机一侧，一般高中压转子很少发生原始质量不平衡的情况。由原始质量不平衡造成的机组振动是转子本身问题，因此这种振动在一定转速下受机组参数影响不大，与升速时或带负荷的时间延续性没有直接关联，且不受启动方式影响[2]。结构不合理、设备部件制造存误差过大、材料本身不均匀等是原始质量不平衡的几个主要因素。

表1 检修前后具体数据对比

表2 #1机组加平衡块后振动值（2017年4月26日）

1.3 部件摩擦、受热变形等因素

由于各种原因，像摩擦碰撞，在汽轮机内部工作时常会发生振动摩擦现象。在此过程中如有部件脱落，工作状态就会很危险，所以在汽轮机内部转动部件松动脱落故障就会发生。此外转子在工作过程中本身会产生大量的热，如不能将热量及时散发出去很容易因热积累导致转子发生应力变形[3]。一旦出现变形弯曲汽轮机组就会发生异常振动的现象。气流激振现象也是发电机组常见振动之一，这种振动往往会伴随两个明显的信号，一是运行参数对机器振动的增强有较强的影响，二是会有大量值的低频分量出现。如今处理这种问题的方法是采用动平衡技术。国电霍州发电厂#1机组大修后启动，#5，#6轴承振动增大，均达到报警值125μm（表1）。

2 汽轮机振动大对策分析

由表1数据看出，振动的分量主要以转速分量为主，相位稳定，增加的分量是一倍频量，为改善3000rpm 振动状况，根据过临界和带负荷的振动相位计算，太原电科院时工、明工分析造成#1机组振动大的原因为转子质量不平衡，建议加装平衡块。

如图1所示，#2号低压两端加重5瓦侧：408克∠100°；6瓦侧：417克∠280°。其中加重角度以汽机前箱的键相槽为0°，逆转动方向度量；图1中所示是指从机头向发电机看，机组为逆时针转动。加装平衡块后，2017年3月16日#1机组重新启动，并做启动分析（表1），由表2数据横向对比可看出，加装平衡块后#1机组启机时的振动值有明显改善，充分说明此次对策的正确性。

图1 霍州电厂#1号机组#2号低压转子平衡示意图

3 汽轮机组运行优化建议

汽轮机冲转过程中，必须就地严密监视汽轮机转速的变化及机组声音、振动、各轴承温度等变化情况。应确认高压缸通风阀在打开位置，并严密监视高压缸排汽口金属温度变化。冲转升速过程，禁止利用“调节器设定”进行手动方式增减转速。及时调整高低压旁路系统，按启动曲线控制汽温、汽压。及时调整排汽装置热井、除氧器水位，注意轴封压力的变化。

冲转过程中禁止在临界转速附近停留，振动超限保护拒动时应立即打闸停机，投入连续盘车，检查大轴弯曲值，待大轴弯曲值回到原始值并检查机组无异常、连续盘车时间足够（应不少于4小时）后方可重新启动[4]。严禁降低转速暖机或强迫升速。在中速暖机前轴承振动不得超过30μm，过临界转速时，轴承振动不得超过80μm，轴振不得超过150μm，当轴承振动达100μm 或轴振达250μm时，应紧急打闸停机。

火电厂里有很多重要的输配电设备，汽轮机发电组就是其中之一，对其进行有效地预防并控制故障，才能使汽轮发电组稳定而高效地运行[5]。如何有效解决汽轮机组振动大的现象，需技术人员进一步研究分析数据，提出对应的优化运行策略，从而提高汽轮机组的运行可靠性能。