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汽轮发电机组振动测量系统异常问题诊断处理

发表时间：2021/6/17 来源：《基层建设》2021年第6期作者：李晋涛

[导读] 摘要：汽轮发电机组设备运行故障对生产有严重的影响，要保障汽轮发电机组的运行安全，应注重其生产控制中的安全故障诊断，并及时采取处理措施，保障诊断管理措施的实施可以发挥汽轮发电机组的生产性能。

        身份证号码：14020219700314xxxx 国电电力大同第二发电厂
        摘要：汽轮发电机组设备运行故障对生产有严重的影响，要保障汽轮发电机组的运行安全，应注重其生产控制中的安全故障诊断，并及时采取处理措施，保障诊断管理措施的实施可以发挥汽轮发电机组的生产性能。本文对汽轮发电机组轴承振动异常分析与处理进行研究，在研究中结合600MW汽轮发电机组运行状况进行了故障诊断分析，对保障汽轮发电机组轴承故障处理有重要的研究意义。
        关键词：汽轮发电机组；轴承振动；异常分析
        引言
        发电机组作为电力系统中的电源，其运行状况直接影响到电网用电的安全性、稳定性和质量。汽轮机发电机组是电厂中的核心设备。由于设计、制造和运行等多方面原因，机组不可避免地会出现振动。当振动超限时，会影响机组的稳定运行，过大的振动，甚至会引发灾难性的毁机事故。振动是一柄双刃剑，虽然对机组运行不利，但振动信号中也包含丰富的信息，通过这些信息可以对振动故障产生的原因进行诊断，做到防患于未然。在机组运行时，转轴振动分析是机组故障诊断的重要方法。机组转轴径向振动的幅度，反映了故障的严重程度；不同的故障引起的振动信号一般包含不同频率的分量，通过对频谱图的分析，可以推断故障原因；对于频谱类似的故障，可以参考轴心轨迹图对故障进行甄别。因此，在机组运行和维修时，对机组转轴振动进行状态监测和故障分析，对于有效延迟机组寿命和提高用电质量有着非常重要的意义。
        1振动测量和保护的基本情况
        (1)转轴振动测量　目前的振动测量是在轴承的同一轴向位置,与水平中分面夹角45°的两侧,安装2个振动传感器,相互夹角90°。嘉兴电厂一期目前使用的是复合式振动传感器,二期使用的是涡流传感器。(2)振动保护标准　我国汽轮发电机组采用的振动标除有国家标准及制造厂标准,如原西屋公司标准:报警值为125μm,跳机值为250μm。当前采用后一种标准的机组比较多,所监测的是轴的相对振动。(3)振动保护逻辑　目前国内机组的振动保护逻辑不尽相同,如某公司6台机组采取3种振动保护逻辑:1)主机任一轴承任一方向的绝对振动达到危险值保护动作跳机。2)主机任一轴承任一方向相对振动达到危险值即保护动作跳机。3)主机任一轴承任一方向相对振动达到报警值,同时另一轴承振动达到危险值时保护动作跳机。
        2振动测量和保护存在的问题
        (1)实际监测参数与需要监测参数不符合转轴中心的运行轨迹是一个非正圆(或椭圆)的闭合曲线,其最大位移量的方向会因各种因素影响而发生变化。但目前测量系统所测量的是固定方向(如X方向或Y方向)的最大位移量,与需要监测的转轴中心实际最大位移量不符。(2)振动保护逻辑设置不合理可能导致保护误动和拒动一般情况下,同一轴承同一位置处测量的绝对振动的数值要比相对振动数值要大20%～25%。在国家标准中绝对振动的要求比相对振动要求要放宽20%～25%。对于采用第一种类型的保护逻辑,机组达“标”的难度增加了20%～25%。反过来说,在实际振动水平一样的情况下,一期振动保护的动作,将比应动作值提前20%～25%,增加了保护提前“误动”的风险。采用第二种保护逻辑的机组,如振动传感器发生故障或偶然的测量波动将会导致保护误动。采用第三种保护逻辑的机组,这种保护逻辑的出发点是为了避免前一种情况的发生,但违背了汽轮发电机组振动特点及其变化的客观规律。如真正发生设备故障,机组某一轴承振动达到危险值时,而另一轴承振动未达到报警值,则振动保护将会拒动,造成设备损坏事故。（3）临界转速振动问题600MW汽轮发电机组运行中，由于转速的改变会造成整体汽轮发电机组的运行轴承出现故障。一部分高中压转子在临界转速点时表现出较大的轴振是由于工作人员操作不规范引起的，使零部件之间引发动静碰磨导致转子弯曲，并且这种变形在停机后不能恢复到原始形状。

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另外一部分高中压转子振动是由于机组在启动和停机时超临界转速点引起了大幅度振动，这种振动导致的转子弯曲只是暂时的，在停机后转子又会恢复原始状态。若发现转子的热弯曲还处于初级阶段，则可停机对转子进行校正，使其达到平衡状态。对于某部分机组在高中压缸的前、中、后部分都有加重孔时，则可停机在这些前中后部分增加荷载使其达到平衡。但是，对于给机组加载这一校正过程较为麻烦，首先要对振动过临界转速区的数据进行精确分析，然后进行加重判断，最后进行加重，并且这一过程耗时较长。
        3汽轮发电机组振动测量系统异常问题诊断处理
        3.1调整油压
        由于在600MW汽轮发电机组的运行中，机组运行内部负荷过大，影响了整体机组的运行效率，为了提升机组运行效率，应在油压调整方面进行分析。由于油压的设置与机组轴承的控制具有重要关联，只有控制好机组运行中的油压运行效率，才能满足发电机组的工作实施需求。要实现科学的油压调整，可以将智能监控技术将油压调整与发电机组运行控制处理工作结合。例如，适当调整油压运行状态，发现油压降低时，采取升压控制措施，为机组运行中的轴承传动力控制提供保障。
        3.2试验方法
        测试时转子平放在动平衡或超速试验的试验台上,转子两端分别由两个轴承座支承,测试过程中轴承座内的油膜以高压顶起。测点沿轴线分布,水平和垂直两个方向分别布置一个测点。加速度传感器上有磁座,可直接安放在测点上。采用单点激振,多点拾振的方法,激振点可选在中间或两端,激振方向应与加速度传感器的方向一致,每点次,可得理想的结果。
        3.3数据传输程序设计
        A/D转换的速率同USB传输的速率不匹配，本设计在FPGA中写入FIFO模块。当FIFO处于“empty”状态时，向其写入A/D采集的数据。A/D采集的数据是8bit，将其拓展为16bit，其中高8bit为通道地址，低8bit为实际数据。上位机读取数据时，对高8bit进行分离，即可识别通道号。当FIFO处于“full”状态时，读取FIFO中的数据。FIFO深度设置为4096B，数据个数为2048。
        3.4LabVIEW程序设计
        本设计使用LabVIEW开发上位机程序。在LabVIEW程序中使用DriverWizard写入CY7C68013的驱动，调用VISA组件，对USB接口进行配置。读取USB接口16bit数据，分离得到通道信息和数据信息。LabVIEW调用波形图表模块，对波形进行实时显示；使用XY图模块绘制轴心轨迹；使用FFT函数，得到振动信号频谱。设置FFT点数为2048点，采样率为10kHz，得到频谱分辨率为5Hz。
        结语
        综上所述，在针对600MW汽轮发电机组轴承的诊断处理中，为了准确判断轴承的故障，在诊断过程中，应及时按照发电机组的运行状况判断发电机组在运行过程中的异常现象，借助异常现象的分析，采取针对性的维护处理工作。本文总结了汽轮发电机组轴承振动的异常分析与处理方法，包括：轴承座振动问题、低压转子振动问题和临界转速振动问题，可以采取的措施包括调整油压、增加润滑和调整位置，借助以上处理措施，可以及时对汽轮机发电机组轴承异常进行处理，对汽轮发电机组的生产运行能力控制有重要的保障意义。
        参考文献
        【1】柴岩,钟良,杨建刚.上海汽轮机低压缸轴承座振动分析和动平衡试验研究[J].上海汽轮机技术,2017,25(1):50-52.
        【2】刘明华,孙小强,柳磊,等.汽轮发电机组轴承低频振动故障分析[J].宁夏电力,2016,36(4):60-63.