對某310MW 汽輪發電機組2號軸承振動頻繁間歇性波動的原因進行分析，指出1號高壓進汽調門(GV1)遲緩率過大和油檔積碳是導致機組軸振異常的主要因素。由于在機組運行中不具備檢查處理的條件，于是從熱控專業角度通過在單閥方式下對汽輪機進汽方式的實際調整試驗，找出了GV1開度對2號軸承振 動及軸瓦溫度等參數的影響規律，并在DEH控制系統中通過對GV1閥門控制方式進行臨時調整，大大降低了2號軸承振動波動的頻次和幅度，有效抑制了振動間歇性頻繁增大的現象，確保了機組在計劃停機檢修前的安全穩定運行，收到良好效果。

　　神華國能哈密煤電公司大南湖電廠1號機組汽輪機為北京北重汽輪電機有限責任公司引進法國ALSTOM公司技術生產的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，DEH 系統采用上海新華控制工程公司的DEH-V型數字電液調節系統，機組于2011年9月底投產發電。自2012年1月初開始，該機組2號軸承X、Y 向振動出現頻繁間歇性波動的情況，振動峰值也越來越大，最高達到 223μm，并且振動異常發生的頻率也越來越高，嚴重威脅著汽輪發電機組安全運行和對當地居民的可靠供暖。

　　國電發[2000]589號《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》在關于防止汽輪機大軸彎曲、軸瓦燒損事故中明確規定： 當軸承振動變化±0.015mm或相對軸振動變化±0.05mm，應查明原因設法消除，當軸承振動突然增加0.05mm，應立即打閘停機。針對這一問題，技術人員進行了認真的分析查找，發現1號高壓調門(GV1)遲緩率過大和油檔積碳是導致機組軸振異常的主要因素，由于在機組運行中并不具備檢查處理的條件。于是通過在單閥方式下對汽輪機進汽方式的實際調整試驗，并從熱控專業角度在DEH控制系統中對GV1閥門控制方式進行臨時調整，大大降低了2號軸承X、Y向振動的波動頻次，同時將2X、2Y振動最大幅值控制在110μm以下，有效抑制了振動間歇性頻繁波動的現象，確保了機組在計劃停機檢修前的安全穩定運行，收到良好效果。

1、振動特征及原因分析

　　1.1 振動特征

　　根據汽輪機制造廠要求，機組投運半年內汽輪機必須保持在單閥方式運行，采用全周進汽節流調節，以增加葉片的機械可靠性。該機組共配置有2個高壓主汽門(TV) 、4個高壓調門(GV) 、2個中壓主汽門(RSV) 、2個中壓調門(IV) 、1個旋轉隔板(CV) ，由于工業抽汽暫未投用，機組正常運行時TV、RSV、IV、CV 全開，4個高壓調門(GV1、GV2、GV3、GV4) 同步動作對機組負荷進行調整。該機組投運后不久就開始發生2號軸承間歇性振動的問題，隨著運行時間的延長，2X、2Y軸振波動的頻率越來越頻繁，振動幅度也越來越大，在振動增大的過程中軸承溫度也相應升高，具體情況如圖1示。

圖1 軸承振動與閥門開度趨勢圖

　　從這張隨機調取時間長度為8.5h的趨勢圖中可以看出：在機組實際功率基本穩定的情況下，2X、2Y振動共發生較大的波動15次，最短間隔時間為6min，其中兩次最大的波動振幅均超過194μm，并且間隔時間很短僅為4.5h左右。2X、2Y軸振變化的趨勢幾乎完全相似，圖中GV1閥門開度也頻繁擺動，變化趨勢正好與之對應并且變化方向相反，即當GV1開度增大時，2X、2Y振動減小，當GV1開度減小時，2X、2Y振動變大。

　　1.2 原因分析

　　汽輪機處在單閥方式下運行時，4個高壓調門接收同一閥位指令，同時動作并且開度應基本一致。從圖1也可以看出GV2開度、GV4開度變化趨勢一致，GV3開度也基本與之重合，而GV1在閥位指令基本保持不變的情況下，閥門卻出現突然下關開度減小的現象，當開度關小到一定程度后，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 伺服控制系統原理圖

　　伺服系統工作原理： DEH輸出的信號到VCC卡，轉換為閥位指令，功放輸出S去控制伺服閥油動機。油動機位移經LVDT變送器轉換為位置反饋電壓信號P到綜合放大器與閥位指令相比較，當其二者相等時，油動機穩定在某一位置上。

　　調取GV1開度異常擺動時各伺服控制參數的趨勢如圖3示。

圖3 GV1伺服控制參數趨勢圖

　　從圖3中可以看出GV1伺服控制系統特性較差，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% 范圍內基本保持不變的情況下，GV1閥位突然開始下溜，由29.8% 關小至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際閥位關小，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又將GV1開度緩慢拉回，7：02： 44至7：08：31，GV1閥位由23.4% 逐漸開大至29.9% ，伺服閥上電壓S值由0.28V減小至0.10V，閥門伺服控制系統重新達到一個新的平衡狀態，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，認為造成2號軸承振動頻繁間歇性波動的主要原因是GV1伺服控制系統特性較差，閥門遲緩率偏大。GV1閥門周期性的開度下溜和拉回，使單閥方式下4個高壓調門進汽流量不均，在汽輪機調節級處會產生較大的配汽不平衡汽流力，從而引發調節級附近的2號軸承振動出現間歇性頻繁波動。而每隔4個多小時的較大幅度振動(振幅超過194μm)，認為可能是2號軸承處油垢物與轉子接觸擠壓造成局部高溫碳化，產生的積碳使油檔間隙變小，直至與轉子碰觸產生的摩擦振動，但在機組正常運行中不具備對油檔進行檢查和清理積碳的條件。

2、閥門調整試驗的過程

　　針對GV1伺服系統遲緩率偏大這一問題，分析認為根本原因是EH抗燃油品質惡化( 經實際化驗為9級，達不到6級標準的要求造成GV1伺服閥內部異常特性變差。伺服閥雖然設計可以在線檢查更換，但必須將GV1全部關閉并切斷高壓進油后才能進行，而在實際GV1強制下關的過程中2號軸承振動隨之迅速增大，如果全部關閉，則會使振動繼續增大至危險值必須停止機組運行，因此當時并不具備在線檢查更換的條件。于是決定一方面加大對EH油的濾油和再生，同時加強對EH油質的化驗監督，盡快恢復提高EH油品質等級，另一方面開始對閥門控制方式進行調整試驗，以期找到一種合適的針對GV1伺服系統異常情況下的特殊控制方式，使GV1開度變化及油擋積碳對2號軸承振動的影響得到抑制。

　　該機組4個高壓調門和轉子位置示意圖分別如圖4、圖5示。

圖4 調門布置示意圖

圖5 轉子在軸承中位置示意圖

　　調整試驗時，在單閥方式下將GV1指令切為手動控制，人為控制其開度指令，手動以1%的幅度逐漸開大或關小GV1，觀察GV1開度對2號軸承振動和軸承溫度的影響規律。同時要求運行人員密切監視機組軸系振動和軸瓦溫度等主要參數變化，調整試驗過程中如遇有異常情況，及時打閘停機按照規程進行事故處理。試驗過程的情況如圖6示。

圖6 閥門調整試驗過程趨勢圖

　　根據運行經驗和制造廠提供的閥門-流量特性曲線，4個高調門開度在45%時基本可以帶滿負荷運行，45%至100%開度變化時對蒸汽流量的影響較小。因此強制GV1指令，人為控制GV1開度，以1%的幅度逐漸開大GV1閥門( 指令變化范圍 28% ～ 45% )，發現當GV1開大時，2X、2Y振動明顯降低，但軸承溫度逐漸升高; 強制GV1指令，人為控制GV1開度，以1%的幅度逐漸關小GV1閥門( 指令變化范圍45%～ 28% )，發現當GV1關小時，2X、2Y 振動明顯增大，但軸承溫度逐漸降低。如果GV1開度相對較大，則對2號軸承振動幅度的抑制作用很明顯，試驗過程中GV1指令在45%，其他3個閥門指令均在25%時，2X振動最低降至76μm，2Y振動最低降至59μm，但是軸承溫度卻升高至76. 8℃ ，而且有繼續上升的趨勢。試驗中也嘗試著對GV4進行調整試驗，通過增大GV4開度同樣給轉子向上托舉的力，但發現在GV4手動開大的過程中，2X 軸振、2Y軸振出現明顯的增大并出現圖中的波峰，考慮到GV4伺服系統特性較好，未再對其進行調整。

　　經過反復的調整試驗，認為正常帶供熱負荷運行中GV1在35%指令時，固定指令盡量使其保持在相對固定的開度，避免指令隨負荷頻繁改變時由于伺服系統遲緩率大引起GV1實際閥位隨之頻繁波動，同時使GV1相對于其他3個高調門保持在一個相對較高的開度，給轉子一個向上托舉的附加力使2號軸承承載減小，最小油膜厚度增大，這樣相對可以將振動控制在較低范圍之內，同時軸承溫度也不至于升高過大。當機組帶高負荷運行時將GV1指令自動放開，讓GV1和其他幾個調門同步開大進行負荷調整，根據閥門流量特性，GV1閥門在較高開度時，其下溜和拉回的小幅開度波動對進汽流量影響不大，因此對2號軸承振動產生的影響也較為微弱。

3、調整方案及運行注意事項

　　3.1、閥門控制方式的調整方案

　　經過對該機組進汽方式的上述調整試驗，決定在機組具備檢修條件對GV1伺服系統、汽機軸承及油檔等進行檢查處理之前，先在DEH控制系統中臨時采取以下措施：

　　(1)將GV1閥門指令設定在35%到100%之間。(即單閥方式下高調門指令在35%以下時，GV1保持35%指令，當高調門指令在35%以上時，GV1和其它3個調門同時隨機組負荷變化調整) 。

　　(2)當發生汽機103%超速或機組跳閘時，在安全油母管泄油的同時將GV1閥門指令清零。

　　3.2、閥門控制方式調整后運行注意事項

　　由于該機組為中壓缸啟動，機組啟動掛閘后，主汽門和中主門自動全開，因此對GV1閥門控制方式進行上述調整后，提示運行人員注意以下情況：

　　(1)當機組運行中發生故障跳閘時，雖然安全油管失壓使GV1閥門實際關閉，但一旦重新掛閘將跳閘信號復位后，GV1 會接收35%的指令重新開啟，因此跳閘后運行人員應先聯系熱控人員將GV1指令解除上述限制后再重新掛閘，避免引起機組超速。

　　(2)當機組計劃停機時，運行人員可提前通知熱控人員將GV1指令解除限制，恢復上述臨時措施，按照規程正常停機。停機后由檢修人員對汽輪機調速系統和軸承油檔進行徹底地檢查處理。

4、閥門控制方式調整后的效果

　　2012年1月31日晚對GV1閥門控制方式采取上述臨時調整措施后，2號軸承振動的情況如圖7示。

圖7 GV1控制方式調整后的振動趨勢圖

　　從這張時間長度為48h的趨勢圖可以看出，在2月1日22：00至2月3日22：00期間，機組負荷在160～292MW范圍變化，GV1開度范圍在32%～83%之間，其余三個調門開度在18%～83%之間隨負荷變化進行調整，2號軸承振動間歇性波動的情況大大減少，同時振動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號軸承溫度也在正常范圍之內變化。調整GV1閥門控制方式有效抑制了2號軸振的頻繁間歇性波動，取得了很好的效果。

5、結語

　　針對該機組2號軸承振動頻繁間歇性波動增大的問題，在機組不具備檢修條件的情況下從DEH控制系統中采取臨時性措施，對汽輪機進汽閥門的控制方式進行調整，有效抑制了軸振波動的頻次和幅度，使機組安全平穩地度過了迎峰度冬保障供暖的特殊時期，并確保了機組在計劃停機檢修前的安全運行，是在機組運行中從熱控專業角度采取措施抑制汽輪機軸承振動的一次成功嘗試。后來在機組計劃停機檢修中，安排對GV1伺服閥閥體進行更換，由汽機專業技術人員對汽輪機2號軸承及油檔積碳進行徹底檢查，清理積碳并對油檔實施氣密封改進，從根本上解決了由于GV1遲緩率偏大和油檔積碳導致2號軸承頻繁間歇性振動的問題。

　　EH 油品質同伺服閥的壽命及DEH控制系統的穩定運行密切相關。今后我們還需要切實做好EH油及調速系統的運行和維護工作，一方面在檢修中對伺服閥及濾網進行定期檢查清洗或更換，并按規定進行閥門靜態試驗、遲緩率測試等試驗; 另一方面在運行中要嚴格執行《DL /T571—2007電廠用磷酸酯抗燃油運行與維護導則》的要求，加強EH抗燃油的濾油和再生，并認真做好EH油油質定期化驗監督工作，努力提高EH油等級并保持品質長期穩定。