燃气轮发电机组的不稳定原因及处理方法

摘 要：不稳定振动是燃气轮发电机组运行中常遇到的问题，可影响到机组的安全运行。本文介绍了燃气轮发电机组不稳定振动的常见表现，在简要分析造成燃气轮发电机组不稳定振动常见原因的基础上，以某390MW 燃气轮机组为例，探讨了燃气轮发电机组不稳定振动的故障诊断及处理方法。

关键词：燃气轮发电机；不稳定；原因

燃气轮发电机由燃气轮机与发电机组成，是一种旋转叶轮式热力发动机，具有启动和运行性能好，发电质量好，重量轻、体积小、安装维护简单、低频噪声小，无污染等多个优点。不稳定振动是机组运行中常见的问题，其表现形式有多种，如随时间变化、随机组运行工况变化等，其中随机组运行工况变化而不稳定振动是现场最常见的一种，表现为随励磁电流或有功负荷的变化而不稳定振动，本文主要以随运行工况变化后发电机组不稳定振动为例，对机组不稳定振动的相关问题进行分析。

1.燃气轮发电机组常见不稳定振动现象

1.1 振动缓慢爬升

这种情况主要是随着机组负荷的增大，振动先稳定一段时间后，再逐渐增大，机组负荷降低后，振动并不随之立即减小。振动随机组负荷的变化而缓慢增加的现象与机组的受热状态有关，存在着一个热变量，这个随负荷增大而增大的热变量有两种形式，一种与空负荷下的振动无关，一种与空负荷下的振动呈正相关，即空负荷下的振动减小，其也随之减小或消失。

1.2 振动突然增加

振动随有功负荷变化后突然增加主要表现为，振动幅值和相位随着机组有功负荷的增加、解列、并列，突然发生变化，机组有功负荷稳定时，振动幅值和相位也较为稳定，且振动的突然增大与机组的受热状态无关。

2.造成燃气轮发电机组不稳定振动的常见原因及处理

2.1 振动缓慢爬升的原因及处理

造成振动随机组负荷变化而缓慢爬升的原因主要有汽缸膨胀不良和转子热弯曲，其中造成转子热弯曲常见的原因有：①转轴上应力过大；②转子通风孔局部堵塞；③转轴材质不均；④转轴有裂纹，热阻在直径方向上不均匀；⑤转子线圈局部或匝间短路；⑥转子中心孔有油或水；⑥导电部件松动或铜线膨胀受阻。对于汽缸热膨胀不良和转子热弯曲引起的振动不稳定，运行现场一般较难寻找出原因，即便能够找到原因，一些故障也很难在现场彻底消除，对于运行现场寻找不到原因或无法消除的情况，一般可采用高速平衡对机组在3000r/min的振动进行改善，抑制振动随负荷的增加而增加或尽可能将其控制在合格范围内。

2.2 振动突然增加的原因及处理

随有功负荷的变化振动突然增加的现象产生的原因主要是活动式联轴器活动部件在传递扭矩发生改变时，突发发生径向不对称位移，转子平衡状态变化，导致转子振动发生变化。通过更换磨损件可较为彻底地消除这种不稳定振动现象，运行现场也可采用高速平衡的方法来暂时改善振动状态。

3.实例分析

以某390MW燃气机组为例，发电机型号为390H，机组共有进8个支撑轴承，其中支撑发电机转子的为#7、#8轴承，均为椭圆瓦轴承。机组试运行期间振动稳定，正式投产后出现不稳定振动现象，发电机一端的#7瓦振动出现随着负荷变化而逐渐爬升的现象，在390MW额定负荷下#7瓦振动可达到82μm，其余瓦振动均稳定无变化；有功负荷稳定时，振动幅值和相位均较为稳定。

3.1 振动试验

为找到机组不稳定振动的原因，在现场进行振动试验，包括改变无功功率和改变有功功率试验。首先进行改变无功功率试验，有功功率固定不变，无功功率从40Mvr（励磁电流1441A）变化至105Mvr（励磁电流1666A），机组振动相位变化小，振幅随着无功功率进的增大而增大（见表1）；进行改变有功功率试验，无功功率固定不变，有功功率从220MW变化至390MW，#7瓦振动振幅从22μm∠133°变化至31μm∠80°，振动振幅变化不大，而相位随有功功率的改变而变化较大。

表1 无功功率从40Mvr变化至105Mvr#7瓦水平方向振动幅值（部分）

负荷（MW）405060708090100105

振动（μm/°）25∠74°25∠74°25∠75°29∠75°38∠76°43∠77°65∠78°82∠79°

3.2 故障诊断

从该机组#7瓦振动变化特征和上述振动试验，可知随着无功功率的改变，#7瓦振动相位变化不大，振幅的变化较大，但变化并不是立即发生，而是先稳定一段时间后，逐渐增加；随着有功功率的改变，机组振动相位变化较大，但振幅变化较小。且在3000r/min时，#7轴承的振动工频分量偏大，表明中-低对轮短节和发电机转子存在一定的不平衡。经以上综合分析，最终确定引起发电机组不稳定的原因为发电机转子热弯曲。

3.3 处理措施

由于发电机转子原有不平衡较大，且通风不良、线棒膨胀不均等均可能造成热弯曲，运行现场难以查找到具体故障，且有些故障查明后，现场也难以根治，为保证机组的安全正常运行，现场决定采用平衡的方法来对改善振动稳定状态，经多次配重试验后，最终确定平衡方案在发电机转子前后心环平衡槽内分别加重350g和250g，在中、低轮上各加重400g和300g，采取该处理措施后，进行振动试验，无功功率从40Mvr（励磁电流1441A）变化至105Mvr（励磁电流1666A），机组振动从12μm∠70°变化至34μm∠70°；进行改变有功功率试验，有功功率从220MW变化至390MW，振动从22μm∠133°变化至31μm∠120°，机组振动在合格范围内。

4.结语

燃气轮发电机实际运行中，造成发电机组不稳定振动的原因有多种，除以上原因外，可倾瓦失稳、轴承润滑油泄露在轴瓦端积有较厚的油碳化物等均可造成发电机组不稳定振动，实践工作中需根据振动的特征，通过相关的试验确定引起不稳定振动的原因，采取相应的措施进行消除，对于现场难以彻底根治的问题，一般可采用动平衡的方法进行处理。

参考文献：

[1]郭玉杰.油碳化物积聚诱发的燃气轮发电机组不稳定振动诊断[J].热力发电，2011，40（8）：71-72，84.

[2]魏立勇.燃气轮机长期不稳定振动分析与治理[J].设备管理与维修，2009，（8）：47-48.

作者简介：

张磊（1984-），男，江苏常州人，大学本科，现从事电厂电气检修工作。

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