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摘 要：本文介绍了我公司3号发电机在B级检修后出现7、8瓦振动异常升高的现象，公司就该异常现象对照本次检修项目进行了深入分析，在机组运行中摸索调整措施，以减小轴瓦振动，最终通过紧固地脚螺栓的方法将轴瓦振动控制在正常范围内。
关键词：发电机；轴瓦；振动；匝间短路；梯形垫片
江苏大唐国际吕四港发电有限责任公司一期工程4×660MW汽轮发电机组由哈尔滨电机厂有限公司生产，型号为QFSN-660-2。该汽轮发电机组采用水-氢-氢方式冷却，在定子机座汽、励两端顶部分别横向布置了一组冷却器，汽侧及励侧轴瓦在整个轴系中的编号分别第7瓦、第8瓦，采用下半两块可倾式轴瓦，能自调心，稳定性较强。发电机有汽、励两侧分别有2个地脚，每个地脚包括6块基定板，基定板上地脚垫片布置有以下规律：从中心线出发，垫片的厚度逐级升高，呈阶梯形。在机组运行时，地脚螺栓并未通过螺母将发电机地脚与台板压实，而是通过套筒压牢基定板，确保发电机在运行中基础稳定且有足够的膨胀余量。
1 异常情况介绍
3号机组B级检修结束后于7月7日启动，汽轮机冲转初期中7、8瓦振动情况良好，在20μm左右，当汽轮机转速升至3000r/min时，7、8瓦振动逐渐上升，最大时达到最高达了51.65μm（见图1），超过了报警值，随后又逐渐下降到17μm左右，7月7日23点59分3号发电机并网，7、8瓦振动幅值随着负荷的升高逐渐升高，在500mW负荷时瓦振幅值达到了40μm，7月20号机组消缺后再次启动，这次启动后7、8瓦振动依然偏高，超过了报警值。
图1 7月7日3号机组启动时7、8瓦振动曲线
调阅3号机组检修前后各负荷工况下7、8瓦振动情况对比（见表1），能够发现以下规律：
（1）3号发电机7、8瓦振动幅值较检修前明显增大；（2）检修后7、8瓦振动幅值出现了一致性；（3）7、8瓦振动幅值与发电机负荷变化趋势一致；（4）检修后7瓦轴振明显减小，7、8瓦轴振良好，且与瓦振变化无明显关联。
表1 检修前后3号机7、8瓦振动幅值对比
因此可以判断3号发电机7、8瓦振动异常升高出现在B级检修以后，发电机振动是3号机组7、8瓦振动超标的主要外因，汽轮发电机组整个轴系中心无异常。
2 异常原因分析
导致发电机轴瓦振动异常的原因有很多，鉴于该机组自2010年投产至今从运行情况良好，7、8瓦振升高于2015年6月份B级检修有关。（红黄绿蓝曲线分别代表7瓦振动、8瓦振动、励磁电流、无功功率）。图2是8月15日至8月19日期间振动数据曲线，从这张趋势图中我们可以看出，7、8瓦振动与励磁电流、无功功率有着密切的联系，符合转子发生匝间短路的特征，但是当转子励磁电流增加时，发电机内部的交变电磁力将会呈指数倍增长，如果发电机机械稳定性不足，自然也会导致自身振动加剧，带动7、8瓦振动上升，这一点在现场测量时有明显的体会，在发电机机身中部测得水平振动在36μm左右。
因此设备部人员从检修项目入手，针对3号发电机7、8瓦振动偏大的原因在机械及电磁方面分别进行了归纳和总结：
机械方面的原因有：发电机轴承座装配工艺不佳；发电机地脚固定不牢。
电磁方面的原因有：转子匝间短路。
首先，从电磁方面的原因入手，若发电机存在转子匝间短路的问题，可从发电机转子电气试验以及7、8瓦振动幅值与转子励磁电流及无功功率的关系发现问题。
（1）发电机转子直流电阻试验。发电机直流电阻测试能够直观的反映出发电机转子绕组的故障情况，根据《电力设备交接和预防性试验规程》规定：发电机转子直流电阻值与初次（交接或大修）所测结果比较，其差别一般不超过2%。如果转子绕组的直阻异常增大，说明可能有断线故障，如果直阻异常减小，说明可能有匝间短路故障，3号机分别于2013年10月和2015年6月进行了抽转子检修，2013年抽出转子后还进行了拔护环检查，3号发电机转子绕组历次的直流电阻实验数据如下：将每次试验温度统一换算到26℃，历次实验数据的变化率为：
表2 温度换算后转子绕组直流电阻数据
最近一次检修试验数据与交接试验相比，变化率为+0.56%，同上一次检修相比，直流电阻减少了1.9%，也未超过2%的范围，但值得注意的是，本次检修发现转子直流电阻变化趋势与往年有所不同，需进一步观察是否有其他异常现象。
（2）发电机转子交流阻抗试验。转子交流阻抗试验在发电机汽轮机冲转的过程中进行，通过向旋转的转子绕组施加交流电压，读取电压、电流及功率损耗值来判断转子故障情况。如果转子绕组出现匝间短路，则转子绕组有效匝数就会减小，其交流阻抗就会减小，损耗会有所增大，但由于该试验在设备处于动态的情况下进行，受到的干扰因素较多，因此规程并未在试验数值方面有严格的标准，判断方法为：将历次转子绕组交流阻抗和功率损耗，数据进行对比，如发生显著变化则说明转子发生了匝间短路。
我们看到，发电机在0r/min及3000r/min这两个转速的交流阻抗试验曲线上基本重合，除了2013年在升压初期实验数据不稳定外，两次试验中发电机转子交流阻抗在不同试验电压下的曲线均较为平滑且吻合，在图1中我们也能够发现，7、8瓦在转子通上励磁电流之前就已出现振动升高的异常现象，由此可判断发电机转子发生匝间短路故障的可能性较小。接下来，我们从机械方面考虑引起轴瓦振动升高的原因。在上一次检修中，检修人员在轴系找中心时对发电机地脚垫片进行了调整，在布置阶差垫片时，如果没有严格按照“发电机地脚垫片外形图”（见图5）的要求，则可能导致发电机4个地脚受力不均，引起发电机及7、8瓦振动升高。
图5 发电机地脚垫片外形
这机械方面的调查情况如下：
（1）测量发电机地脚与台板之间振动。如果发电机地脚垫片安装到位，那么四个地脚受力均匀，地脚与台板之间的振动幅值应该基本一致。从表4我们能够看出，B列的汽侧和励侧地脚与台板振动值有较大的偏差，说明这两只地脚受力较轻，地脚刚性不足，可能导致7、8瓦振动上升。（2）查看机组启动时轴瓦振动频谱。3号机组修后在7月7日启动，当汽轮机转速升至3000r/min时，7、8瓦振动异常的情况便引起了我们的关注，科研院人员对7、8瓦振动频谱做了记录。
从频谱图（图6）中我们可以看出，在达到3000r/min时，轴瓦振动以一倍频分量（50Hz）为主，而电磁原因引起的振动多以二倍频分量为主，因此我们可以推断该振动由机械方面引起的可能性较大。
3 处理情况
2015年10月13日，经过多次讨论研究，在大量测量数据的支持下，吕四港电厂对3号发电机B列汽侧和励侧的个别地脚进行以下紧固处理：以增加发电机地脚刚性，达到提高发电机抵抗振动的能力的目的：（1）拆除B列汽侧、励侧地脚螺栓上的筒形垫高套管，改用垫片将地脚螺栓锁死。（2）为防止拆除垫高套管后地脚下沉，导致整个轴系中心变化，将地脚顶丝微微抬起20μm，确保各地脚高度统一。
图7 紧固地脚螺栓示意图
经过一番调整，消除了发电机地脚受力不均的问题，此时地脚与台板振动差异明显减小，现场测量如下：
处理后就地人员已无明显振感，7、8瓦振动下降到30μm左右，已处于合格范围，7、8瓦轴振与处理前相比没有明显变化，可见本次处理方法得当、效果明显，没有影响整个轴系的中心。调整后轴瓦振动情况如下（μm）：
表5 处理前后轴瓦、轴振对比
结束语
导致发电机轴瓦振动的因素有很多，一般难以做到全面的分析，因此在发生此类问题的时候，要结合故障特征及故障发生前后的运行工况有针对性的分析，尤其是检修后出现的振动异常，首先要从检修项目和试验项目入手，才能迅速地找到处理方向。针对这次3号机组出现的问题，采取紧固地脚螺栓不失为一种有效的临时措施，在减小轴瓦振动的同时，也消除了发电机的故障隐患，提高了机组的可靠性。
关键词：发电机；轴瓦；振动；匝间短路；梯形垫片
江苏大唐国际吕四港发电有限责任公司一期工程4×660MW汽轮发电机组由哈尔滨电机厂有限公司生产，型号为QFSN-660-2。该汽轮发电机组采用水-氢-氢方式冷却，在定子机座汽、励两端顶部分别横向布置了一组冷却器，汽侧及励侧轴瓦在整个轴系中的编号分别第7瓦、第8瓦，采用下半两块可倾式轴瓦，能自调心，稳定性较强。发电机有汽、励两侧分别有2个地脚，每个地脚包括6块基定板，基定板上地脚垫片布置有以下规律：从中心线出发，垫片的厚度逐级升高，呈阶梯形。在机组运行时，地脚螺栓并未通过螺母将发电机地脚与台板压实，而是通过套筒压牢基定板，确保发电机在运行中基础稳定且有足够的膨胀余量。
1 异常情况介绍
3号机组B级检修结束后于7月7日启动，汽轮机冲转初期中7、8瓦振动情况良好，在20μm左右，当汽轮机转速升至3000r/min时，7、8瓦振动逐渐上升，最大时达到最高达了51.65μm（见图1），超过了报警值，随后又逐渐下降到17μm左右，7月7日23点59分3号发电机并网，7、8瓦振动幅值随着负荷的升高逐渐升高，在500mW负荷时瓦振幅值达到了40μm，7月20号机组消缺后再次启动，这次启动后7、8瓦振动依然偏高，超过了报警值。
图1 7月7日3号机组启动时7、8瓦振动曲线
调阅3号机组检修前后各负荷工况下7、8瓦振动情况对比（见表1），能够发现以下规律：
（1）3号发电机7、8瓦振动幅值较检修前明显增大；（2）检修后7、8瓦振动幅值出现了一致性；（3）7、8瓦振动幅值与发电机负荷变化趋势一致；（4）检修后7瓦轴振明显减小，7、8瓦轴振良好，且与瓦振变化无明显关联。
表1 检修前后3号机7、8瓦振动幅值对比
因此可以判断3号发电机7、8瓦振动异常升高出现在B级检修以后，发电机振动是3号机组7、8瓦振动超标的主要外因，汽轮发电机组整个轴系中心无异常。
2 异常原因分析
导致发电机轴瓦振动异常的原因有很多，鉴于该机组自2010年投产至今从运行情况良好，7、8瓦振升高于2015年6月份B级检修有关。（红黄绿蓝曲线分别代表7瓦振动、8瓦振动、励磁电流、无功功率）。图2是8月15日至8月19日期间振动数据曲线，从这张趋势图中我们可以看出，7、8瓦振动与励磁电流、无功功率有着密切的联系，符合转子发生匝间短路的特征，但是当转子励磁电流增加时，发电机内部的交变电磁力将会呈指数倍增长，如果发电机机械稳定性不足，自然也会导致自身振动加剧，带动7、8瓦振动上升，这一点在现场测量时有明显的体会，在发电机机身中部测得水平振动在36μm左右。
因此设备部人员从检修项目入手，针对3号发电机7、8瓦振动偏大的原因在机械及电磁方面分别进行了归纳和总结：
机械方面的原因有：发电机轴承座装配工艺不佳；发电机地脚固定不牢。
电磁方面的原因有：转子匝间短路。
首先，从电磁方面的原因入手，若发电机存在转子匝间短路的问题，可从发电机转子电气试验以及7、8瓦振动幅值与转子励磁电流及无功功率的关系发现问题。
（1）发电机转子直流电阻试验。发电机直流电阻测试能够直观的反映出发电机转子绕组的故障情况，根据《电力设备交接和预防性试验规程》规定：发电机转子直流电阻值与初次（交接或大修）所测结果比较，其差别一般不超过2%。如果转子绕组的直阻异常增大，说明可能有断线故障，如果直阻异常减小，说明可能有匝间短路故障，3号机分别于2013年10月和2015年6月进行了抽转子检修，2013年抽出转子后还进行了拔护环检查，3号发电机转子绕组历次的直流电阻实验数据如下：将每次试验温度统一换算到26℃，历次实验数据的变化率为：
表2 温度换算后转子绕组直流电阻数据
最近一次检修试验数据与交接试验相比，变化率为+0.56%，同上一次检修相比，直流电阻减少了1.9%，也未超过2%的范围，但值得注意的是，本次检修发现转子直流电阻变化趋势与往年有所不同，需进一步观察是否有其他异常现象。
（2）发电机转子交流阻抗试验。转子交流阻抗试验在发电机汽轮机冲转的过程中进行，通过向旋转的转子绕组施加交流电压，读取电压、电流及功率损耗值来判断转子故障情况。如果转子绕组出现匝间短路，则转子绕组有效匝数就会减小，其交流阻抗就会减小，损耗会有所增大，但由于该试验在设备处于动态的情况下进行，受到的干扰因素较多，因此规程并未在试验数值方面有严格的标准，判断方法为：将历次转子绕组交流阻抗和功率损耗，数据进行对比，如发生显著变化则说明转子发生了匝间短路。
我们看到，发电机在0r/min及3000r/min这两个转速的交流阻抗试验曲线上基本重合，除了2013年在升压初期实验数据不稳定外，两次试验中发电机转子交流阻抗在不同试验电压下的曲线均较为平滑且吻合，在图1中我们也能够发现，7、8瓦在转子通上励磁电流之前就已出现振动升高的异常现象，由此可判断发电机转子发生匝间短路故障的可能性较小。接下来，我们从机械方面考虑引起轴瓦振动升高的原因。在上一次检修中，检修人员在轴系找中心时对发电机地脚垫片进行了调整，在布置阶差垫片时，如果没有严格按照“发电机地脚垫片外形图”（见图5）的要求，则可能导致发电机4个地脚受力不均，引起发电机及7、8瓦振动升高。
图5 发电机地脚垫片外形
这机械方面的调查情况如下：
（1）测量发电机地脚与台板之间振动。如果发电机地脚垫片安装到位，那么四个地脚受力均匀，地脚与台板之间的振动幅值应该基本一致。从表4我们能够看出，B列的汽侧和励侧地脚与台板振动值有较大的偏差，说明这两只地脚受力较轻，地脚刚性不足，可能导致7、8瓦振动上升。（2）查看机组启动时轴瓦振动频谱。3号机组修后在7月7日启动，当汽轮机转速升至3000r/min时，7、8瓦振动异常的情况便引起了我们的关注，科研院人员对7、8瓦振动频谱做了记录。
从频谱图（图6）中我们可以看出，在达到3000r/min时，轴瓦振动以一倍频分量（50Hz）为主，而电磁原因引起的振动多以二倍频分量为主，因此我们可以推断该振动由机械方面引起的可能性较大。
3 处理情况
2015年10月13日，经过多次讨论研究，在大量测量数据的支持下，吕四港电厂对3号发电机B列汽侧和励侧的个别地脚进行以下紧固处理：以增加发电机地脚刚性，达到提高发电机抵抗振动的能力的目的：（1）拆除B列汽侧、励侧地脚螺栓上的筒形垫高套管，改用垫片将地脚螺栓锁死。（2）为防止拆除垫高套管后地脚下沉，导致整个轴系中心变化，将地脚顶丝微微抬起20μm，确保各地脚高度统一。
图7 紧固地脚螺栓示意图
经过一番调整，消除了发电机地脚受力不均的问题，此时地脚与台板振动差异明显减小，现场测量如下：
处理后就地人员已无明显振感，7、8瓦振动下降到30μm左右，已处于合格范围，7、8瓦轴振与处理前相比没有明显变化，可见本次处理方法得当、效果明显，没有影响整个轴系的中心。调整后轴瓦振动情况如下（μm）：
表5 处理前后轴瓦、轴振对比
结束语
导致发电机轴瓦振动的因素有很多，一般难以做到全面的分析，因此在发生此类问题的时候，要结合故障特征及故障发生前后的运行工况有针对性的分析，尤其是检修后出现的振动异常，首先要从检修项目和试验项目入手，才能迅速地找到处理方向。针对这次3号机组出现的问题，采取紧固地脚螺栓不失为一种有效的临时措施，在减小轴瓦振动的同时，也消除了发电机的故障隐患，提高了机组的可靠性。