汽轮发电机组振动故障诊断技术研究进展

汽轮发电机组振动故障诊断技术研究进展

王英杰

国家电投河南电力工程有限公司 450000

摘要：汽轮机发电系统是热电厂最主要的设备，汽轮机震动超出规定值时，将会对机组造成不同程度的损害，因此，针对震动对汽轮机的危害以及振动的原因进行了研究，通过研究结果制定出了解决震动的相应措施，最终达到保证热电厂汽轮机能够正常运行的目的。未来汽轮发电机组振动故障诊断技术应以人工智能、大数据、云计算等技术为核心，融合虚拟化及三维可视化技术，实现故障诊断的速度与精度相统一。

关键词：汽轮发电机组；振动故障；诊断技术

引言

汽轮发电机组是电力系统中重要设备之一，高温高压蒸汽在汽轮机缸体内膨胀做功，推动汽轮机转子及相连的发电机转子同步旋转，由此切割磁感线生产电能。目前，汽轮发电机组运行中出现的很多振动异常现象仍困扰着机组正常生产工作。由于汽轮机轴系处在复杂的运行环境，其振动影响因素较多，同时，各运行参数具有极高的耦合性，相关参数不易甄别，因此准确诊断振动故障对机组的安全稳定运行具有重大的现实意义。

1汽轮机运行振动的危害

（1）汽轮机热经济性降低。汽封间隙量与汽轮机热经济性之间有直接关联。汽轮机振动过大会导致汽封间隙变大，造成汽轮机热经济性降低。（2）造成动静部分和支撑部件损坏。在机组异常振动情况下，动静部分发生摩擦，造成端部轴封磨损。此外，过大的振动也会造成叶片、叶轮和密封瓦等部件出现疲劳，导致轴瓦乌金龟裂。（3）造成连接部件松动。当汽轮机发生异常振动时，会引发汽轮机的轴承、主油泵和涡轮等部件发生共振现象，造成连接螺栓松动、地脚螺栓断裂，最终机组发生故障。（4）造成设备事故。汽轮机振动过大会引起调速系统的不稳定，进而发生调速系统事故，甚至可能危急遮断器，导致其操作失误，造成事故停机。此外，过大振动也会导致发电机励磁机部件松动、损坏。

2汽轮发电机组振动故障

2.1由于运行过程机组旋转中心偏离导致震动

（1）汽轮机在启动的时候，如果暖机的时间不足，负载增加或者升速过快，将会导致气缸热膨胀或者系统调节不均，使得气缸无法自由膨胀，使转子与气缸产生变形，导致工作中产生震动。（2）汽轮机在工作过程中，如果真空下降，会造成排气的温度过高，机组后轴承将抬高，最终机组旋转中心发生偏差引发震动。（3）汽轮机在进行大修后，其靠背轮的安装不正确，即中心位置不准，从而在工作时发生震动，并且，震动会随着负荷的不断增加，震动也随之增大。（4）当汽轮机在进气温度过高情况下工作时，其气缸与机组膨胀会变大，轴封会抬起等，这些情况会导致机组的轴向出现位移，从而造成震动。（5）当机组转子由于各种原因导致气缸同心度发生偏移，机组运行时会出现间歇性震动。

2.2由于转子动平衡的偏差产生震动

（1）运动中汽轮机叶片发生折断、结垢、腐蚀、磨损不均、脱落等情况，使汽轮机转子出现旋转不平衡的现象。当发电机的转子不平衡或者绕组出现松动情况，导致转子出现不平衡现象。因为上述的原因，汽轮机转子发生不平衡，转子旋转时，会受到不平衡造成的离心作用力，离心力的不断作用，会使转子发生震动，（2）汽轮机转子出现弹性弯曲，由于弯曲导致震动。如果转子出现弯曲，机组在转动时会因为不平衡产生震动的特点，与转子的质量不平衡引发震动相似，其不同点为震动是轴向的震动，特别是在临界转速时，震动的幅度最明显。（3）轴承的油膜被破坏或者不稳定而引发震动。转子轴承的油膜被破坏或者不稳定，会造成轴瓦表面钨合金融化，从而引发轴受热变形弯曲，最终导致机组发生震动。（4）汽轮机旋转部件产生摩擦引起机组震动。燃气机叶片与导向的叶片产生摩擦，或者安装存在问题，叶片发生变形、隔板出现弯曲，轴径和轴承配合间隙过小等，都会由于摩擦引发震动。（5）水冲击导致震动。在汽轮机工作过程中，蒸汽中存在一定量的水进入汽缸内，造成水冲击，导致转子的轴向力加大，产生不平衡的扭力，造成旋转的转子发生剧烈震动，最终将推力轴承烧毁。

3振动故障诊断技术

3.1振动故障的信号检测术技术

良好的信号检测技术能够实时监控汽轮发电机组运行状态的各类信号参量，以下为目前在振动信号检测中应用的3类传感技术。（1）基于激光的信号检测技术。基于激光测量的振动检测技术具有识别率高、测量范围大、适应性强等优点。（2）基于电测量的信号检测技术。电测法是通过传感器将旋转机械的振动量转化为电信号或电参数变化，比如电涡流传感器具有高灵敏度、高分辨率、工作稳定性好以及具有较宽的测量范围，目前在汽轮发电机组的振动测量中应用较为广泛。（3）基于光纤的信号检测技术。光纤传感器是由纤维光学、光电子学、智能材料及微结构加工等技术融合的一种新型传感器检测技术，相比于传统的信号检测技术更能适应多维数据的信号检测，具有较高的检测精度，且适用于宽频微弱带信号检测。

3.2基于专家系统的法故障诊断方法

基于专家系统的故障诊断方法根据其原理的不同分为基于规则推理、案例推理、模型推理等方法。因汽轮发电机组故障信息难提取，且多故障并存现象使得单一的故障诊断方法很难实现精确的诊断，如基于规则式推理过程易于理解，推理速度快，但是知识获取不易、诊断效率低、对多故障并存问题诊断能力低；基于案例推理无须进行规则提取，求解方式简单、准确，但诊断速度过慢，推理过程不易理解。

3.3基于支持向量机的故障诊断法方法

支持向量机是基于统计学习理论与结构风险最小化原则的一种机器学习方法，针对汽轮发电机组故障的非线性样本，通过核函数能够将非线性样本映射到高维的线性特征分类空间，利用SVM分类器得到非线性分类的最优分类函数。该方法具有结构简单的数学表达和直观的几何解释，能够实现快速学习与诊断，利用有限的样本集得到独立函数，提高机器学习的泛化能力，有效诊断汽轮发电机组的振动故障

3.4新一代人工智能故障诊断技术

随着大数据、云计算、虚拟化、数字孪生等信息技术的发展，人工智能技术通过构建分布式数据计算系统实现数据分析计算、多物理量及数据的广泛采集与共享，突破传统数据之间的壁垒。将大数据与深度学习模型以及训练方法有机结合，能实现数据的高速计算处理、异常数据监测等功能。基于机器的深度学习、知识图谱和类脑科学等新一代人工智能技术，利用深度学习技术在人工神经网络的基础上增加网络隐层数量，针对图像分析和故障诊断，借助先进智能感知技术，快速处理与深度融合多参数信息，实现“精度”与“速度”的统一，快速获取信息与知识分析需求。

结束语

汽轮机发生震动危害巨大，它不仅降低机组寿命，严重影响正常供电，甚至会造成汽轮机报废。所以，采取合理、科学的方法与措施，减少、避免机组出现震动。新机接收前，要对机组进行各项震动测试，必须合格以后再进行装机运行。在机组运行生产中，监测震动要实施常态化与制度化，要严格控制、监测机组震动情况，要对产生的震动原因实行科学化的分析，确保汽轮机正常运行。

参考文献

［1］高尚超.浅析火电厂汽轮机异常振动的原因及改善措施［J］.科学技术创新，2020（9）：32-33.

［2］薄利明.探究汽轮机异常振动的分析和治理［J］.科学技术创新，2020（2）：178-180.

［3］陈振峰.火力发电厂大型汽轮机振动异常分析及故障判断［J］.山东工业技术，2019（4）：181.

［4］范磊，许洪川，温建新，等.某核电厂1000MW级汽轮机振动异常分析与处理［J］.风机技术，2018，60（S1）：77-82.