165MW汽轮发电机组轴瓦振动问题的探讨及处理

　　摘　要：针对某电厂165MW汽轮机组6个水平瓦振通道同时超限，引起ETS系统瓦振保护动作造成运行中的#1机组跳机问题，通过对该机组振动的全面测试，找到了故障原因，确定了处理方案；本文给出了分析、诊断的思路和处理方法，对类似该故障的机组具有借鉴意义。

　　关键词：轴瓦；振动；保护；振动；干扰

　　1、引言

　　某电厂2×165MW机组为俄制抽汽供热机组。#1机组于1999年5月投入生产。#2机组于1999年12月投入生产。TSI系统（汽轮机监视系统）采用PHILPS公司的RSM-700系统。ETS系统（汽轮机事故跳闸系统）采用上海东方自动控制公司的ETS系统。按俄方汽轮机系统设计要求，ETS系统中有相邻两个水平瓦振大于80μm跳机保护逻辑。

　　2、汽轮发电机机组发生振动的危害

　　监测汽轮发电机组的振动并维持其在允许范围内，对于机组安全经济运行有重大意义。机组振动异常是运行中常见故障之一，汽轮发电机组振动是一项常见的主要故障，若不能及时正确进行处理，将对机组的造成损伤，影响生产，甚至产生严重后果，必须引起重视。所谓振动，亦即物体周期性地离开其静止位置所产生的偏差。振动程度直接反映了机器的健康水平，强烈的振动表明机组内部存在着各种缺陷，振动力的作用导致机组内部各部件连接松动、基础台板与基础之间的连接刚度削弱，从而使振动加剧，进一步引起轴承的损坏等。汽轮机振动的危害汽轮机，一旦发生振动超标应立即打闸停机，否则其危害很大，主要表现在：

　　2.1直接造成机组事故

　　当机组振动过大，特别是发生在高压端，有可能引起危急保安器误动作而发生停机事故。

　　2.2损坏机组零件

　　机组的轴瓦、轴承座的紧固螺钉、凝汽器和空气冷却器的管道以及主油泵的蜗母轮等零件在振动过大时能引起损坏，轴瓦钨金因振动过大造成磨损等。

　　2.3动静部分摩擦

　　当振动过大发生在汽轮机上时，轻则使端部轴封及隔板汽封磨损，间隙增大，机组运行的经济性降低；重则使端部轴封磨损而造成转子弯曲，导致重大事故。若振动过大发生在发电机上时，则影响滑环及电刷的磨损程度，造成发电机或励磁机事故。

　　2.4使机组零件松动或破坏建筑物

　　转子振动过大会使各连接部件松动，将使与机组相连接的轴承、轴承座、主油泵及涡母轮、凝汽器及发电机冷却器的管道等发生共振，引起法兰连接螺栓松动，地脚螺栓断裂，从而造成重大事故。

　　3、汽轮发电机组常见的振动现象及其原因分析

　　汽轮发电机由于质量不平衡、转子热弯曲等原因，振动总是不可避免的。如果振动超过允许的范围，即振动异常时，则需要采取措施加以消除或减小。

　　振动可分为强迫振动和自激振动。强迫振动是由于外界干扰力引起的，对于汽轮发电机组，主要是由于机械性干扰力、电磁干扰力等引起的，也可以由振动系统的刚性不足所引起。汽轮发电机的自激振动主要是由于油膜自激、间隙自激、摩擦滚涡动、转子内腔集存液体、材料内滞以及转轴面具有不对称刚度等原因造成的。

　　⑴机械性的干扰力引起的强迫振动。

　　⑵电磁力引起的不平衡。

　　⑶振动系统刚性不足与共振。

　　⑷轴承座的轴向振动。

　　⑸自激振动。

　　⑹联轴器校中心不正确。

　　⑺轴承工作条件恶化。

　　4、事故经过及故障分析

　　2007年4月22日凌晨3点41分，某电厂运行中的#1机组跳闸，跳闸首出记录为#1机EST系统（汽轮机事故跳闸系统）瓦振保护动作跳机。经热控专业技术人员详细检查，发现OIS操作员站记录到TSI系统（汽轮机监视系统）6个水平瓦振通道同时超限（80μm），引起ETS系统瓦振保护动作，致使运行中的#1机组停机。热控专业相关技术人员提出了保护动作的可能原因如下：

　　4.1汽轮机本体振动超限

　　当时汽轮机运行工况正常，#1机组负荷100MW，频率50Hz，生产抽汽正常投入，采暖抽汽解列运行，高加正常投入，无负荷突变及其它异常情况，汽轮机本体水平瓦振突然增大的可能性极小。因此可以排除此项原因。

　　4.2水平瓦振探头及回路故障

　　由于记录为6个水平瓦振同时超限，而6个瓦振探头及测量回路同时故障的可能性极小，经过对瓦振探头及测量回路的校验，证明探头及测量回路正常。因此可以排除此项原因。

　　4.3EST系统故障

　　经过对ETS系统的检查及试验，ETS系统工作正常，未发现ETS系统有异常情况。因此可以排除此项原因。

　　4.4外围干扰信号引起保护动作

　　经过与气象局及地震局的联系，得知2007年4月22日凌晨3：30河北邢台地区发生6级左右地震，地震台网测得震波时间为3：40左右，与某电厂机组水平瓦振突变时间吻合。联系兄弟电厂得知：安装水平瓦振监测的还有新乡火电厂，但新乡火电厂汽轮机大轴为南北向，与地震横波方向垂直，未测量到水平瓦振干扰信号。我厂大轴方向为东西向，与地震横波传向相切，6个水平瓦振探头测量到地震横波，发出水平瓦振超限信号。

地震波影响示意图

　　因此，判定本次保护动作原因为：地震波干扰信号进入TSI系统（汽轮机监视系统），TSI系统发出水平瓦振超限信号，引起ETS系统瓦振保护动作跳机。

　　查阅以前发生过的水平瓦振保护动作情况，发现曾发生过数次类似的保护动作的现象。如2000年4月，#1机疏水管爆裂，引起#1机瓦振保护动作跳机。2001年11月，#1炉制粉系统爆炸，引起#1机瓦振保护动作跳机。

　　5、振动保护改进

　　热控专业技术人员通过对近几次跳机时OIS记录的反复分析研究，发现了其中的共同特点：

　　⑴扰动信号动作时间短。干扰信号几乎全是几秒钟内的剧烈震动波，一般持续时间不超过3~5秒。

　　⑵扰动信号幅度一般低于100μm，这几次测量到的干扰波Z大峰值为96μm。

　　何克服外围干扰信号进入汽轮机监视系统，防止保护误动作，认为较为可行的方案是：调整TSI系统水平瓦振超限报警值，调整ETS系统水平瓦振保护动作延时时间。这样，一方面消除外围干扰信号由测量回路进入保护回路，另一方面从保护回路上增加延时，减少误动作可能性。

　　为了避免外围干扰信号进入保护系统引起保护误动作，影响机组安全正常生产，2007年4月底，热控专业技术人员提出改进建议：对#1、#2机组ETS系统及TSI系统进行改进，将TSI系统振动定值80μm改为100μm，将ETS系统保护动作延时时间由2秒改为5秒。

　　2007年4月28日下午17点，热控专业技术人员进行TSI系统水平瓦振模件VBM030报警值的修改工作；对ETS系统软件进行修改。

　　当时#1机组正在运行中，我们提取工作票后进行工作。主要的安全措施是解列ETS系统瓦振保护。工作主要内容包括：

　　⑴调整#1机TSI系统6个水平瓦振测量模件VBM030超限报警值，由原80μm改为100μm。

　　⑵修改#1机ETS系统OMRONC200H主机程序，将水平瓦振保护动作延时块TIM004参数由2秒调整为5秒。

　　⑶加扰动信号试验，试验效果正常。

　　⑷#2机组大修中，改造工作内容同#1机相同，试验结果正常。

　　6、改造效果

　　改进工作完成后，通过从就地水平瓦振测量回路侧加输入信号，观察回路显示及报警输出值的对照，输出继电器动作情况以及ETS水平瓦振保护动作情况，对整个测量回路进行了模拟动作试验。

　　试验证明，此次对水平瓦振测量及保护回路的改进，达到了预期的目的和要求，保护回路动作正确无误。

　　水平瓦振跳机保护逻辑进行了改进后，在很大程度上避免了干扰信号进入保护回路，引起保护误动作。为#1、2机组安全生产打下了坚实的基础。

　　通过对某电厂#1、#2机组水平瓦振保护回路的改进，可以达到避免类似外围干扰信号进入保护动作回路，引起保护误动作的情况。现在某电厂机组工况一般为3炉带2机运行，当汽机跳闸时，会联跳运行炉一台，防止蒸汽母管超压。这样算来，一次保护误动，会造成的直接结果就是停汽轮机及锅炉各一台。按2小时迅速恢复生产计算，热态启动炉所耗费的煤、水、燃油约合10万元，少发电量200MW，约合8万元，合计约18万元/次。若计算相关的供电损失及设备损失则会更多。

　　2000年以来，我国进入地震多发时期，仅今年就有河北、云南、东北等多处地区发生地震，某电厂所处的地区也是地震可能发生的重点地区。预防及排除地震波测量干扰就显得尤其重要。发生地震时，要及时同有关部门（气象局、地震局）取得联系，作好水平瓦振运行记录，找出地震波对瓦振测量回路的幅度影响范围及间歇影响时间。

　　在以后的工作中，还要对各种干扰信号认真记录，切实分析，合理地确定瓦振保护报警参数及动作延时时间。以期对保护回路安全性、可靠性进行完善。

　　7、结论

　　轴瓦水平振动保护改造后运行至今，效果明显，完全达到运行要求，特别是在汶川特大地震时，该电厂所处的地区震感明显，但经过优化后的振动保护，经受住了这次考验，没有发生保护误动的情况，某电厂#1机组受地震波影响跳机的问题Z终得以解决处理。

　　综上所述，利用状态监测和保护逻辑分析，能够确定某电厂#1机组跳机的故障类型，制定出具有针对性的改造方案，并能对该机组存在的保护误动有所了解，为机组的正常运行提供有力的保障，提高了机组的运行效率。