长兴电厂基于高频信号传输理论的汽轮机本体振动干扰分析

钱伟  郑捷  林贤良

浙江浙能长兴发电有限公司 

摘 要  介绍了浙能长兴发电有限公司汽轮机振动异常的现象，通过过程检查，结合电气可能产生原因的分析，采用系统分析的办法，进一步拓宽仪控人员查找振动原因的思路，提出合理的解决办法。

关键词  轴振；接地；报警；干扰

1、引言

浙能长兴发电有限公司装机容量为4×300MW，汽机均采用上海汽轮机厂基于西屋技术生产的中间再热凝汽式汽轮机。汽轮机监视仪表系统TSI选用美国本特利3500系列产品，主要用于连续测量汽轮发电机组主轴和缸体机械状态参数，具有指示机组状态、输出记录、越限报警等功能，当发出危险信号时还能够触发联锁机构，使机组自动停机，并为事故分析提供数据。

汽轮机监视仪表系统能够连续测量和监视机组的转速、零转速、偏心、缸胀、差胀、轴位移、振动等参数，传感器系统含32个探头和22个前置器（高中压缸缸胀、低压缸胀差、瓦振无前置器），具体包括#1-7轴的X、Y方向轴振和瓦振探头，轴向位移探头4个，高压缸缸胀探头1个，互为补偿低压缸胀差探头2个，零转速探头2个，键相探头1个，偏心探头1个。

2、异常分析与处理

长兴发电有限公司四台机组分为两期施工，其中一期的#1、#2机组正式运行时间约6年，二期#3、#4机组投用也已经超过3年，本特利TSI装置运行基本正常。2008年10月，#1机组#5轴承Y方向振动监测数据发生大幅度波动，振动趋势呈周期性振荡，峰谷差值达60um，且伴有振动值瞬时到零的现象，#5轴承X方向振动数据无明显扰动，该期间机组负荷保持稳定，趋势见图一。

本特利TSI装置报警记录提供了振动通道的状态报警信息，但未显示具体的NOT OK描述内容，根据报警记录无法直接判断出振动数据波动原因。振动数据波动发生时，异常情况会持续数小时，数据稳定时间也可持续十几小时，振动数据的异常波动呈现出无规律的特性。对机组其他相关运行参数的分析，表明机组振动未发生真实的大幅变化。长兴发电有限公司每台机组所有的七道轴承的振动探头采用统一的安装方式，X方向为单独的轴振探头，Y方向探头则为轴振和瓦振一体化安装。轴振前置器安装于汽机就地接线盒内，每道轴的轴振前置器与TSI机架卡件通道间均采用独立的三芯屏蔽电缆连接，单点接地为机柜接地方式，就地接地浮空。

图一

现场观察本特利TSI装置，发现当#5轴承Y方向振动数据发生波动时，该振动通道所在卡件OK灯熄灭，BYPASS灯亮。联机调看本特利TSI装置事件报警记录，记录显示振动通道频繁出现瞬时NOT OK状态，本特利TSI装置报警记录见图二。

图二

检修人员在采取一些必要的保护措施后，对振动监测系统的一些薄弱环节进行了在线常规处理，包括探头部位及延伸电缆部位的清污和紧固，系统接地和屏蔽层检查等。在系统检查过程中，检修人员发现5Y轴振探头前端积聚有较多颗粒状黑色碎屑。处理后继续观察机组振动变化趋势，发现5Y相对振动的异常波动峰谷差值有所减小，而振动值瞬时到零的现象已被消除。在振动故障的在线检修过程中，#1、#2、#3等其他几道轴的Y方向轴振也陆续发生相似的异常波动。相对于#5轴，其他几道轴振动波动的峰谷值幅度较小，波动持续时间也较短。

综合机组多道轴振动数据异常现象及在线故障处理后振动数据波动情况的具体变化，基本可排除由于本特利TSI系统自身原因引起振动数据异常的可能性，本次振动监测故障需要用更开阔的思路来进行考虑。对检测探头安装现场进一步观察，发现距5Y轴振探头15CM处对称安装有两个转子接地碳刷，两个接地碳刷先由一弹簧片固定，再通过碳刷外框架接地。

火力发电厂的300MW机组属于同步发电机，该种发电机的磁路往往不对称，这种不对称通常是由于定子铁心组合缝、定子硅钢片接缝、定子与转子空气间隙不均匀造成的。发电机主轴在要这种不对称的磁场中旋转，会在其两端产生交流电压即轴电压，如果电机主轴两端轴承没有绝缘垫，这个电压就会通过电机两端轴承支架形成电流回路，即轴电流。轴电流的主要危害是会在轴颈和轴瓦之间产生小电弧侵蚀，破坏油膜，造成轴承温度升高，润滑油碳化变质等，而如果轴电流超过一定数值，发电机转轴轴颈的滑动表面和轴瓦就可能被损坏，轴承的使用寿命将被大大缩短。

为消除轴电流对设备的影响，长兴发电有限公司300MW机组的#5轴处安装有接地碳刷，转轴通过与接地碳刷良好滑动接触，以达到轴系可靠接地，降低轴系电位，保证转轴电位为零的目的。在振动故障情况发生前，#1机组已连续长时间运行，接地碳刷处积聚了比较多的灰尘和油泥，仔细观察该部位可见微小的火花放电现象，表明碳刷与转子大轴间接触不良。联系#5轴之外的其他几道轴振动数值的异常波动情况，可注意到异常现象都集中在Y方向，而Y方向探头采用轴振和瓦振的一体化安装，瓦振探头又是直接以螺纹方式固定于轴瓦上，机组的轴系接地不良对Y向轴振的影响会表现得尤为明显。轴系接地的不良还可造成润滑油碳化，润滑油品质变差，前文描述的轴振探头前端积聚颗粒状黑色碎屑的现象也得到了解释。对#1机组的接地碳刷进行在线更换，为提高接触可靠性，另选用了带尾部铜辫的碳刷型号。检修后，继续观察振动监测数据，可发现振动趋势曲线平滑，数值稳定，原故障现象消除。

3、结语

本次振动干扰的排查，为今后的汽轮机组的在线维护提供了一些参考经验：

第一，接地碳刷宜选用带铜辫的型号，并加强在线巡检，确保机组轴系能够良好接地。

第二，杜绝野蛮施工，避免延伸电缆等部位的保护层被损伤的情况发生。

第三，对于连续长周期运行的汽轮机组，应加强对机组油质的监控，减少因油质问题造成的监测探头污染。