摘要：大型汽轮发电机组已成为我国电网的主力机组，其复杂的结构和特殊的运行环境，导致故障时有发生，尤其是振动问题。尽管一般大型机组都会安装振动监测保护仪表（TSI），但该设备功能相对简单，对于振动异常问题，并不能提供强有力的有效分析手段，因此，安装振动在线监测与分析系统对于机组安全运行有着重要的现实意义。
关键词：汽轮机组；实时监测；振动分析；故障诊断
1.汽轮发电机的振动在线监测
汽轮发电机组安全运行的有效标志是其振动状态是否处于允许振动幅值内。如果汽轮发电机组有异常振动未及时进行处理，则会导致发电机组内部转子滑环与电刷间的磨损率上升，温度急速增高，产生环火导致联轴器失效，进而对整个汽轮发电机组连接部件产生影响，造成密封失效、应力增大，直接威胁到发电机组与周边建筑的安全。基于此，对汽轮发电机的振动进行在线监测是保证其安全运行的直接手段，通过对振动频率的在线监测，及时诊断，把可能引发安全事故的因素扼杀在萌芽状态，保证安全运营，高效运作。
振动在线监测系统对于汽轮发电机组的管理是全天候的，从发电机组开机升速起，到升负荷，到进入运行模式，到降负荷降速，直到停机。在线监测系统都在进行实时的数据记录与状态分析，并具有一定的数据采集归纳功能，可以提供相关的数据为检修人员作参考。另外，还可以计算出检修后的机组残余振动数据，为判断机组运行状态提供可靠依据。
同时，在远程通讯方面，在线监测系统与西安研究院的“振动故障远程诊断中心”有着数据传输联系。对于汽轮发电机组工作时的全线数据、故障发生前后的机组核心数据变化规律等可以进行实时诊断与分析，利用研究院专业人员的知识，结合在线监测系统生成的振动故障频谱特征，在振动数据库中找到相关故障诊断参考信息。为及时分析故障成因，找出最优化解决方案提供了强大支持。由于其预警功能，可以在故障未延伸时，通过在线监测数据的变化幅度进行可能的故障发生概率分析，并以此建立起预防为主的检修排查方案，找准检修重点，提高检修成效。这种方法不仅可以让检修人员减少故障诊断时的多次启停机实验次数，降低检修工时，提高诊断效率，根据在线监测系统所提供的异常振动幅值与相位数据，就可以有效降低反复开启机组的成本费用，并在最短的时间内找到故障，处理故障，恢复生产。
2.汽轮发电机的振动故障诊断
从汽轮发电机组的工作原理来说，其振动的产生是来自于内部转子旋转时机械作用振动力，与电磁场作用下的电磁振动力。一般来说，汽轮发电机组的振动类别有扭振和弯振两类。当汽轮发电机组所受到的负荷瞬间突然发生变动时，如发生出线端短路、误同步等进而引发机组内部的轴系扭转振动，即扭振。而对于激振力过大造成的汽轮发电机轴系弯曲，进而产生的振动，即为弯振。
2.1产生汽轮发电机振动故障的原因
2.1.1在汽轮发电机的运行中，机组的振动受到转子影响最大。其振动时所产生的离心力是与其转速度平方成正相关的。也就是说，在支承系统等相同条件下，发电机组的转速越高，则机组所受到的离心力影响越大，其机组产生的振动振幅也就越大。同频振动则是在机组振动与转子转速相同时产生。
2.1.2联轴器与轴装配的情况也会对机组的振动造成影响。当联轴器端面与轴线不在同一个垂直面时，连接螺栓的紧固会加重轴颈处的应力，造成变形进而在转子旋转时产生受迫振动。而当联轴器圆柱面、连接螺栓孔节圆与内孔不在同一圆心时，串联后，两联轴器会形成中心偏差进而在转子旋转时产生受迫振动。
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2.1.3相邻两轴系不对中时，即两半联轴器的外圆偏差和开口偏差不对应时，两轴线间的偏移度就会形成振动。
2.1.4转子失稳也会造成油膜振荡。且油膜振幅与其失稳严重性成正比。当发生油膜振荡时，即意味着转速在持续加快，要及时制止，防止其发散。
2.1.5转轴转动处的自身摩擦与转轴周边叶轮、围带等与静止部件发生摩擦都归为动静摩擦[1]。这种摩擦力也会影响振动。
2.1.6转子的平衡还受到转子自身零件的紧固度影响。当转子零件紧固度不足，其松动就会形成振动。如果发现连续启停时出现的随机性振动，且其振幅与相位都不同，那就可以推测是转子自身零件发生了松动。
2.1.7当转子在降速过程中的1/2临界转速上出现明显振动峰值时，可以得知这样的振动是由于转子上已经有了裂纹。且裂纹越大，则峰值表现越突出。这种情况十分危险，如果没有及时采取措施，转子极易在两倍频的振动分量与工作转速下形成二阶临界转速的共振，进而裂纹快速增大，直至断裂。
2.1.8材质不均、传热热阻不对称、转子径向温差不对称、转轴的残余内应力过大等情况都会让转子在运转状态下出现受热变形，进而转子产生热弯曲，造成振动。
2.2汽轮发电机组的振动故障诊断手段
对汽轮机进行检修周期化管理是保证其安全运行的必要手段。这种检修是建立在强制性、预防性的基础上。只要检修周期时间到，马上停机进行检修。在过去的经验中，这种人工为主的检修对于检修人员自身的业务素质有着很强的依赖性。检修人员在进行故障诊断时也只能得到关键部位的机组运转信息，其余部件则要靠自身经验进行现场判断与原因分析。
在此故障诊断基础上，汽轮发电机组目前的在线监测系统随着科技的不断发展已经具有了硬件自检功能。其系统在整个发电机组装有多平面多测点多转速的最小二乘法振动平衡重量计算程序[3]。也就是说其全面的覆盖性与精确的计算能力，可以及时掌握发电机组的所有运转信息。特别是在转子的轴振动与轴承座振动同相与反相的分量分析、影响系数下与非影响系数下轴系振动平衡重量的计算、加重情况下残余振动的计算等都有出色表现。系统也就能在此基础上，进行故障排查与数据分析，目前来说，对于不平衡、电磁激振、对中度不好、初始弯曲、热弯曲、轴瓦松动、气流激振、油膜涡动、轴瓦不稳定、油膜振荡、摩擦、共振或高次谐波共振等原因造成的振动，已经可以由在线监测系统自行得出诊断结论，节省了检修人员的故障分析时间。同时，在线监测系统配备工作站运行软件，也就可以同步进行电厂MIS和SIS系统间的数据互传。在远程通讯上，交换机可以直接让在线监测系统进行以太网的通讯实现，也就可以在面临复杂性振动故障时，联系上振动故障远程诊断中心的专业研究人员，利用其专业优势，进行故障诊断。
结束语：
总而言之，风能作为一种可再生清洁能源，近年来得到了快速发展，成为电力行业发展的重要部分。风电机组的安全稳定运行，是确保风能有效利用的重要前提，如何构建智能化的在线监测系统，是确保风电机安全稳定运行的重要工作。
参考文献：
[1]宋春涛.浅述汽轮机组振动故障的特点及诊断方法[J].华东科技，2012（6）.
[2]张进.风电机组传动系统可检测性设计研究[D].宜昌：三峡大学，2013.
[3]张彦创.风电机组状态监测与故障诊断系统的设计与实现[D].吉林：吉林大学，2013.
论文作者:王允成
论文发表刊物:《电力设备》2018年第13期
论文发表时间:2018/8/16
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