對(duì)某310MW 汽輪發(fā)電機(jī)組2號(hào)軸承振動(dòng)頻繁間歇性波動(dòng)的原因進(jìn)行分析，指出1號(hào)高壓進(jìn)汽調(diào)門(GV1)遲緩率過(guò)大和油檔積碳是導(dǎo)致機(jī)組軸振異常的主要因素。由于在機(jī)組運(yùn)行中不具備檢查處理的條件，于是從熱控專業(yè)角度通過(guò)在單閥方式下對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)汽方式的實(shí)際調(diào)整試驗(yàn)，找出了GV1開(kāi)度對(duì)2號(hào)軸承振 動(dòng)及軸瓦溫度等參數(shù)的影響規(guī)律，并在DEH控制系統(tǒng)中通過(guò)對(duì)GV1閥門控制方式進(jìn)行臨時(shí)調(diào)整，大大降低了2號(hào)軸承振動(dòng)波動(dòng)的頻次和幅度，有效抑制了振動(dòng)間歇性頻繁增大的現(xiàn)象，確保了機(jī)組在計(jì)劃停機(jī)檢修前的安全穩(wěn)定運(yùn)行，收到良好效果。

　　神華國(guó)能哈密煤電公司大南湖電廠1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)為北京北重汽輪電機(jī)有限責(zé)任公司引進(jìn)法國(guó)ALSTOM公司技術(shù)生產(chǎn)的NCK310-17.75/540/540型亞臨界、中間一次再熱、三缸、雙排汽、單軸、直接空冷抽汽冷凝式汽輪機(jī)，DEH 系統(tǒng)采用上海新華控制工程公司的DEH-V型數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，機(jī)組于2011年9月底投產(chǎn)發(fā)電。自2012年1月初開(kāi)始，該機(jī)組2號(hào)軸承X、Y 向振動(dòng)出現(xiàn)頻繁間歇性波動(dòng)的情況，振動(dòng)峰值也越來(lái)越大，最高達(dá)到 223μm，并且振動(dòng)異常發(fā)生的頻率也越來(lái)越高，嚴(yán)重威脅著汽輪發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行和對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦目煽抗┡��?/p>

　　國(guó)電發(fā)[2000]589號(hào)《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》在關(guān)于防止汽輪機(jī)大軸彎曲、軸瓦燒損事故中明確規(guī)定： 當(dāng)軸承振動(dòng)變化±0.015mm或相對(duì)軸振動(dòng)變化±0.05mm，應(yīng)查明原因設(shè)法消除，當(dāng)軸承振動(dòng)突然增加0.05mm，應(yīng)立即打閘停機(jī)。針對(duì)這一問(wèn)題，技術(shù)人員進(jìn)行了認(rèn)真的分析查找，發(fā)現(xiàn)1號(hào)高壓調(diào)門(GV1)遲緩率過(guò)大和油檔積碳是導(dǎo)致機(jī)組軸振異常的主要因素，由于在機(jī)組運(yùn)行中并不具備檢查處理的條件。于是通過(guò)在單閥方式下對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)汽方式的實(shí)際調(diào)整試驗(yàn)，并從熱控專業(yè)角度在DEH控制系統(tǒng)中對(duì)GV1閥門控制方式進(jìn)行臨時(shí)調(diào)整，大大降低了2號(hào)軸承X、Y向振動(dòng)的波動(dòng)頻次，同時(shí)將2X、2Y振動(dòng)最大幅值控制在110μm以下，有效抑制了振動(dòng)間歇性頻繁波動(dòng)的現(xiàn)象，確保了機(jī)組在計(jì)劃停機(jī)檢修前的安全穩(wěn)定運(yùn)行，收到良好效果。

1、振動(dòng)特征及原因分析

　　1.1 振動(dòng)特征

　　根據(jù)汽輪機(jī)制造廠要求，機(jī)組投運(yùn)半年內(nèi)汽輪機(jī)必須保持在單閥方式運(yùn)行，采用全周進(jìn)汽節(jié)流調(diào)節(jié)，以增加葉片的機(jī)械可靠性。該機(jī)組共配置有2個(gè)高壓主汽門(TV) 、4個(gè)高壓調(diào)門(GV) 、2個(gè)中壓主汽門(RSV) 、2個(gè)中壓調(diào)門(IV) 、1個(gè)旋轉(zhuǎn)隔板(CV) ，由于工業(yè)抽汽暫未投用，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)TV、RSV、IV、CV 全開(kāi)，4個(gè)高壓調(diào)門(GV1、GV2、GV3、GV4) 同步動(dòng)作對(duì)機(jī)組負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整。該機(jī)組投運(yùn)后不久就開(kāi)始發(fā)生2號(hào)軸承間歇性振動(dòng)的問(wèn)題，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，2X、2Y軸振波動(dòng)的頻率越來(lái)越頻繁，振動(dòng)幅度也越來(lái)越大，在振動(dòng)增大的過(guò)程中軸承溫度也相應(yīng)升高，具體情況如圖1示。

圖1 軸承振動(dòng)與閥門開(kāi)度趨勢(shì)圖

　　從這張隨機(jī)調(diào)取時(shí)間長(zhǎng)度為8.5h的趨勢(shì)圖中可以看出：在機(jī)組實(shí)際功率基本穩(wěn)定的情況下，2X、2Y振動(dòng)共發(fā)生較大的波動(dòng)15次，最短間隔時(shí)間為6min，其中兩次最大的波動(dòng)振幅均超過(guò)194μm，并且間隔時(shí)間很短僅為4.5h左右。2X、2Y軸振變化的趨勢(shì)幾乎完全相似，圖中GV1閥門開(kāi)度也頻繁擺動(dòng)，變化趨勢(shì)正好與之對(duì)應(yīng)并且變化方向相反，即當(dāng)GV1開(kāi)度增大時(shí)，2X、2Y振動(dòng)減小，當(dāng)GV1開(kāi)度減小時(shí)，2X、2Y振動(dòng)變大。

　　1.2 原因分析

　　汽輪機(jī)處在單閥方式下運(yùn)行時(shí)，4個(gè)高壓調(diào)門接收同一閥位指令，同時(shí)動(dòng)作并且開(kāi)度應(yīng)基本一致。從圖1也可以看出GV2開(kāi)度、GV4開(kāi)度變化趨勢(shì)一致，GV3開(kāi)度也基本與之重合，而GV1在閥位指令基本保持不變的情況下，閥門卻出現(xiàn)突然下關(guān)開(kāi)度減小的現(xiàn)象，當(dāng)開(kāi)度關(guān)小到一定程度后，GV1又被指令重新拉回。

　　GV閥門伺服控制系統(tǒng)的原理如圖2示。

DEH - 閥門指令; OFFSET - 偏置; AST - 遮斷指令;S- 伺服閥上電壓值; P- 閥門位置反饋

圖2 伺服控制系統(tǒng)原理圖

　　伺服系統(tǒng)工作原理： DEH輸出的信號(hào)到VCC卡，轉(zhuǎn)換為閥位指令，功放輸出S去控制伺服閥油動(dòng)機(jī)。油動(dòng)機(jī)位移經(jīng)LVDT變送器轉(zhuǎn)換為位置反饋電壓信號(hào)P到綜合放大器與閥位指令相比較，當(dāng)其二者相等時(shí)，油動(dòng)機(jī)穩(wěn)定在某一位置上。

　　調(diào)取GV1開(kāi)度異常擺動(dòng)時(shí)各伺服控制參數(shù)的趨勢(shì)如圖3示。

圖3 GV1伺服控制參數(shù)趨勢(shì)圖

　　從圖3中可以看出GV1伺服控制系統(tǒng)特性較差，閥門遲緩率偏大。2012年1月30日7：02：04至 7：02：44，GV1指令在 29.7% ～ 30.2% 范圍內(nèi)基本保持不變的情況下，GV1閥位突然開(kāi)始下溜，由29.8% 關(guān)小至23.4% ，期間2X軸振由107μm增大至116μm，2Y軸振由108μm增大至128μm。由于GV1指令不變的情況下而實(shí)際閥位關(guān)小，伺服閥上電壓S值隨之由0.06V增大至0.28V，在較大S值的作用下使伺服閥滑閥移動(dòng)又將GV1開(kāi)度緩慢拉回，7：02： 44至7：08：31，GV1閥位由23.4% 逐漸開(kāi)大至29.9% ，伺服閥上電壓S值由0.28V減小至0.10V，閥門伺服控制系統(tǒng)重新達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)，期間2X軸振由116μm 降低至106μm，2Y軸振由128μm降低至109μm。

　　基于以上分析，認(rèn)為造成2號(hào)軸承振動(dòng)頻繁間歇性波動(dòng)的主要原因是GV1伺服控制系統(tǒng)特性較差，閥門遲緩率偏大。GV1閥門周期性的開(kāi)度下溜和拉回，使單閥方式下4個(gè)高壓調(diào)門進(jìn)汽流量不均，在汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)處會(huì)產(chǎn)生較大的配汽不平衡汽流力，從而引發(fā)調(diào)節(jié)級(jí)附近的2號(hào)軸承振動(dòng)出現(xiàn)間歇性頻繁波動(dòng)。而每隔4個(gè)多小時(shí)的較大幅度振動(dòng)(振幅超過(guò)194μm)，認(rèn)為可能是2號(hào)軸承處油垢物與轉(zhuǎn)子接觸擠壓造成局部高溫碳化，產(chǎn)生的積碳使油檔間隙變小，直至與轉(zhuǎn)子碰觸產(chǎn)生的摩擦振動(dòng)，但在機(jī)組正常運(yùn)行中不具備對(duì)油檔進(jìn)行檢查和清理積碳的條件。

2、閥門調(diào)整試驗(yàn)的過(guò)程

　　針對(duì)GV1伺服系統(tǒng)遲緩率偏大這一問(wèn)題，分析認(rèn)為根本原因是EH抗燃油品質(zhì)惡化( 經(jīng)實(shí)際化驗(yàn)為9級(jí)，達(dá)不到6級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求造成GV1伺服閥內(nèi)部異常特性變差。伺服閥雖然設(shè)計(jì)可以在線檢查更換，但必須將GV1全部關(guān)閉并切斷高壓進(jìn)油后才能進(jìn)行，而在實(shí)際GV1強(qiáng)制下關(guān)的過(guò)程中2號(hào)軸承振動(dòng)隨之迅速增大，如果全部關(guān)閉，則會(huì)使振動(dòng)繼續(xù)增大至危險(xiǎn)值必須停止機(jī)組運(yùn)行，因此當(dāng)時(shí)并不具備在線檢查更換的條件。于是決定一方面加大對(duì)EH油的濾油和再生，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)EH油質(zhì)的化驗(yàn)監(jiān)督，盡快恢復(fù)提高EH油品質(zhì)等級(jí)，另一方面開(kāi)始對(duì)閥門控制方式進(jìn)行調(diào)整試驗(yàn)，以期找到一種合適的針對(duì)GV1伺服系統(tǒng)異常情況下的特殊控制方式，使GV1開(kāi)度變化及油擋積碳對(duì)2號(hào)軸承振動(dòng)的影響得到抑制。

　　該機(jī)組4個(gè)高壓調(diào)門和轉(zhuǎn)子位置示意圖分別如圖4、圖5示。

圖4 調(diào)門布置示意圖

圖5 轉(zhuǎn)子在軸承中位置示意圖

　　調(diào)整試驗(yàn)時(shí)，在單閥方式下將GV1指令切為手動(dòng)控制，人為控制其開(kāi)度指令，手動(dòng)以1%的幅度逐漸開(kāi)大或關(guān)小GV1，觀察GV1開(kāi)度對(duì)2號(hào)軸承振動(dòng)和軸承溫度的影響規(guī)律。同時(shí)要求運(yùn)行人員密切監(jiān)視機(jī)組軸系振動(dòng)和軸瓦溫度等主要參數(shù)變化，調(diào)整試驗(yàn)過(guò)程中如遇有異常情況，及時(shí)打閘停機(jī)按照規(guī)程進(jìn)行事故處理。試驗(yàn)過(guò)程的情況如圖6示。

圖6 閥門調(diào)整試驗(yàn)過(guò)程趨勢(shì)圖

　　根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和制造廠提供的閥門-流量特性曲線，4個(gè)高調(diào)門開(kāi)度在45%時(shí)基本可以帶滿負(fù)荷運(yùn)行，45%至100%開(kāi)度變化時(shí)對(duì)蒸汽流量的影響較小。因此強(qiáng)制GV1指令，人為控制GV1開(kāi)度，以1%的幅度逐漸開(kāi)大GV1閥門( 指令變化范圍 28% ～ 45% )，發(fā)現(xiàn)當(dāng)GV1開(kāi)大時(shí)，2X、2Y振動(dòng)明顯降低，但軸承溫度逐漸升高; 強(qiáng)制GV1指令，人為控制GV1開(kāi)度，以1%的幅度逐漸關(guān)小GV1閥門( 指令變化范圍45%～ 28% )，發(fā)現(xiàn)當(dāng)GV1關(guān)小時(shí)，2X、2Y 振動(dòng)明顯增大，但軸承溫度逐漸降低。如果GV1開(kāi)度相對(duì)較大，則對(duì)2號(hào)軸承振動(dòng)幅度的抑制作用很明顯，試驗(yàn)過(guò)程中GV1指令在45%，其他3個(gè)閥門指令均在25%時(shí)，2X振動(dòng)最低降至76μm，2Y振動(dòng)最低降至59μm，但是軸承溫度卻升高至76. 8℃ ，而且有繼續(xù)上升的趨勢(shì)。試驗(yàn)中也嘗試著對(duì)GV4進(jìn)行調(diào)整試驗(yàn)，通過(guò)增大GV4開(kāi)度同樣給轉(zhuǎn)子向上托舉的力，但發(fā)現(xiàn)在GV4手動(dòng)開(kāi)大的過(guò)程中，2X 軸振、2Y軸振出現(xiàn)明顯的增大并出現(xiàn)圖中的波峰，考慮到GV4伺服系統(tǒng)特性較好，未再對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。

　　經(jīng)過(guò)反復(fù)的調(diào)整試驗(yàn)，認(rèn)為正常帶供熱負(fù)荷運(yùn)行中GV1在35%指令時(shí)，固定指令盡量使其保持在相對(duì)固定的開(kāi)度，避免指令隨負(fù)荷頻繁改變時(shí)由于伺服系統(tǒng)遲緩率大引起GV1實(shí)際閥位隨之頻繁波動(dòng)，同時(shí)使GV1相對(duì)于其他3個(gè)高調(diào)門保持在一個(gè)相對(duì)較高的開(kāi)度，給轉(zhuǎn)子一個(gè)向上托舉的附加力使2號(hào)軸承承載減小，最小油膜厚度增大，這樣相對(duì)可以將振動(dòng)控制在較低范圍之內(nèi)，同時(shí)軸承溫度也不至于升高過(guò)大。當(dāng)機(jī)組帶高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)將GV1指令自動(dòng)放開(kāi)，讓GV1和其他幾個(gè)調(diào)門同步開(kāi)大進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整，根據(jù)閥門流量特性，GV1閥門在較高開(kāi)度時(shí)，其下溜和拉回的小幅開(kāi)度波動(dòng)對(duì)進(jìn)汽流量影響不大，因此對(duì)2號(hào)軸承振動(dòng)產(chǎn)生的影響也較為微弱。

3、調(diào)整方案及運(yùn)行注意事項(xiàng)

　　3.1、閥門控制方式的調(diào)整方案

　　經(jīng)過(guò)對(duì)該機(jī)組進(jìn)汽方式的上述調(diào)整試驗(yàn)，決定在機(jī)組具備檢修條件對(duì)GV1伺服系統(tǒng)、汽機(jī)軸承及油檔等進(jìn)行檢查處理之前，先在DEH控制系統(tǒng)中臨時(shí)采取以下措施：

　　(1)將GV1閥門指令設(shè)定在35%到100%之間。(即單閥方式下高調(diào)門指令在35%以下時(shí)，GV1保持35%指令，當(dāng)高調(diào)門指令在35%以上時(shí)，GV1和其它3個(gè)調(diào)門同時(shí)隨機(jī)組負(fù)荷變化調(diào)整) 。

　　(2)當(dāng)發(fā)生汽機(jī)103%超速或機(jī)組跳閘時(shí)，在安全油母管泄油的同時(shí)將GV1閥門指令清零。

　　3.2、閥門控制方式調(diào)整后運(yùn)行注意事項(xiàng)

　　由于該機(jī)組為中壓缸啟動(dòng)，機(jī)組啟動(dòng)掛閘后，主汽門和中主門自動(dòng)全開(kāi)，因此對(duì)GV1閥門控制方式進(jìn)行上述調(diào)整后，提示運(yùn)行人員注意以下情況：

　　(1)當(dāng)機(jī)組運(yùn)行中發(fā)生故障跳閘時(shí)，雖然安全油管失壓使GV1閥門實(shí)際關(guān)閉，但一旦重新掛閘將跳閘信號(hào)復(fù)位后，GV1 會(huì)接收35%的指令重新開(kāi)啟，因此跳閘后運(yùn)行人員應(yīng)先聯(lián)系熱控人員將GV1指令解除上述限制后再重新掛閘，避免引起機(jī)組超速。

　　(2)當(dāng)機(jī)組計(jì)劃停機(jī)時(shí)，運(yùn)行人員可提前通知熱控人員將GV1指令解除限制，恢復(fù)上述臨時(shí)措施，按照規(guī)程正常停機(jī)。停機(jī)后由檢修人員對(duì)汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和軸承油檔進(jìn)行徹底地檢查處理。

4、閥門控制方式調(diào)整后的效果

　　2012年1月31日晚對(duì)GV1閥門控制方式采取上述臨時(shí)調(diào)整措施后，2號(hào)軸承振動(dòng)的情況如圖7示。

圖7 GV1控制方式調(diào)整后的振動(dòng)趨勢(shì)圖

　　從這張時(shí)間長(zhǎng)度為48h的趨勢(shì)圖可以看出，在2月1日22：00至2月3日22：00期間，機(jī)組負(fù)荷在160～292MW范圍變化，GV1開(kāi)度范圍在32%～83%之間，其余三個(gè)調(diào)門開(kāi)度在18%～83%之間隨負(fù)荷變化進(jìn)行調(diào)整，2號(hào)軸承振動(dòng)間歇性波動(dòng)的情況大大減少，同時(shí)振動(dòng)的幅值也得到了有效抑制，2X軸振正常在90μm左右，最大值被控制在105μm以下，2Y軸振正常在80μm左右，最大值被控制在107μm以下，2號(hào)軸承溫度也在正常范圍之內(nèi)變化。調(diào)整GV1閥門控制方式有效抑制了2號(hào)軸振的頻繁間歇性波動(dòng)，取得了很好的效果。

5、結(jié)語(yǔ)

　　針對(duì)該機(jī)組2號(hào)軸承振動(dòng)頻繁間歇性波動(dòng)增大的問(wèn)題，在機(jī)組不具備檢修條件的情況下從DEH控制系統(tǒng)中采取臨時(shí)性措施，對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門的控制方式進(jìn)行調(diào)整，有效抑制了軸振波動(dòng)的頻次和幅度，使機(jī)組安全平穩(wěn)地度過(guò)了迎峰度冬保障供暖的特殊時(shí)期，并確保了機(jī)組在計(jì)劃停機(jī)檢修前的安全運(yùn)行，是在機(jī)組運(yùn)行中從熱控專業(yè)角度采取措施抑制汽輪機(jī)軸承振動(dòng)的一次成功嘗試。后來(lái)在機(jī)組計(jì)劃停機(jī)檢修中，安排對(duì)GV1伺服閥閥體進(jìn)行更換，由汽機(jī)專業(yè)技術(shù)人員對(duì)汽輪機(jī)2號(hào)軸承及油檔積碳進(jìn)行徹底檢查，清理積碳并對(duì)油檔實(shí)施氣密封改進(jìn)，從根本上解決了由于GV1遲緩率偏大和油檔積碳導(dǎo)致2號(hào)軸承頻繁間歇性振動(dòng)的問(wèn)題。

　　EH 油品質(zhì)同伺服閥的壽命及DEH控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行密切相關(guān)。今后我們還需要切實(shí)做好EH油及調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)工作，一方面在檢修中對(duì)伺服閥及濾網(wǎng)進(jìn)行定期檢查清洗或更換，并按規(guī)定進(jìn)行閥門靜態(tài)試驗(yàn)、遲緩率測(cè)試等試驗(yàn); 另一方面在運(yùn)行中要嚴(yán)格執(zhí)行《DL /T571—2007電廠用磷酸酯抗燃油運(yùn)行與維護(hù)導(dǎo)則》的要求，加強(qiáng)EH抗燃油的濾油和再生，并認(rèn)真做好EH油油質(zhì)定期化驗(yàn)監(jiān)督工作，努力提高EH油等級(jí)并保持品質(zhì)長(zhǎng)期穩(wěn)定。