汽轮发电机组振动故障分析的五个必要内容

1、振动信号数据处理

振动信号数据处理有助于异常振动的分析，并可作为其它方面进行分析的基础。根据振动的频谱分析可对机组的振动作基本的分类。

同步转速的振动，振动的主要频率与机组运行转速一致。此类故障或直接由转子不平衡引起，或由故障引起转子平衡状态的变化而产生异常振动，或由支承刚度变化引起。此类振动故障约占振动总故障的90%以上，属于故障中最难诊断的一部分。

非同步转速的振动，又分为低于或高于基频振动两类：低于基频的振动又可分为自激振动故障及分数次谐波振动故障两种情况。高于基频的振动由转子圆周刚度不对称、转子裂纹、转子不对中、电磁激振、部分的摩擦振动等引起。实际振动故障的频谱不一定是单一的频率，有时往往以某种频率为主，但包含若干其它频率的成份。

2、机组的结构分析

实践表明，机组的结构分析对振动故障诊断是必要的，因为机组的振动故障特征是与机组的结构特点密切有关的，有的故障只能在某种结构情况下才能产生；同一类故障在不同结构形式的机组上其征兆有明显的不同；机组的振动传递持性与机组的结构有密切关系；有的故障本身就是因为结构有缺陷或结构不合适而引起。

机组的结构分析包含了机械结构及不平衡响应分析两个方面。汽轮发电机组的机械结构很复杂，且千差万别，不同型号的机组结构各不相同，但还是有许多共同的部分，可以分类。例如：(1)支承方式：四支承，三支承；(2)轴承座型式：落地式，端盖式，固定在排汽缸上；(3)联轴器：刚性，挠性，半挠性等；(4)轴瓦型式：圆筒瓦，椭圆瓦，三油楔，可倾瓦等。

其它还有汽缸膨胀的方式，转子隔板汽封及端部汽封的型式等等。

至于不平衡响应分析，虽然目前在现场应用中还达不到定量分析的阶段且不包括相位传递特性的分析，但可以作为定性分析的参考，它主要包括工作转速与临界转速的裕度，故障部位不平衡响应灵敏的分析等方面。

不同的结构型式可能会引起不同的振动故障，例如以轴承座型式为例，落地式轴承标高的变化只与轴承应的温度状态有关，而该温度变化可按不同的机组近似地进行估算，但座落在排汽缸上的轴承座，其标高的变化除了与本身的温度状态有关外，还与排汽缸的变形有关，还与排汽缸的温度、排汽真空及排汽缸的刚度有关，因此两种轴承座型式会带来不同的中心变化，在判断振动故障是否由中心变化引起时必须要分析轴承座结构会引起中心有多大的变化。再如发电机转子轴承为端盖式或落地式时，其振动外特性及振动传递特性大不相同，对端盖式轴承，必须要考虑振动通过定子外壳的传递，而落地式轴承则可忽略通过外壳的振动传递。

不同的支承型式对工作转速及临界转速的裕度有不同的要求，三支承型式的转子要求裕度较大，同一类故障，当故障部位处于不平衡响应敏感区时，其征兆与处于不敏感区时有很大的不同。例如动静摩擦引起的振动故障，如摩擦部位处于转子不平衡响应的敏感区时，则除了不平衡响应的灵敏度大大增加外，影响该振动的相关量也明显增加，此时润滑油(密封油)的油压、油温、或影响机组中心变化的有关因素，有关转子的运行参数也均成为影响振动的相关量。而摩擦部分一旦处于不敏感区时，相关量则明显减少，且摩擦引起振动幅值及相位的变化特性也很不相同。

3、振动的变化特性

振动的变化特性是指振动矢量的变化规律，包括振动幅值的变化速率以及振动相位的变化特点。

幅值变化速率，有突增型、快变、慢变及渐慢变等几种类型，相位变化特点有相位旋转，相位部分变化及相位不变等几种情况。在出现振动故障时，除了纯粹由转子质量不平衡引起的振动外，其余基本上都是一种不稳定振动，即其振幅、相位均会随时间、工况等因素而呈现或大或小、或快或慢的变化，但不同的故障原因引起振动变化的特性是不同的，同一种故障原因引起的振动变化又是有一定规律的。因此，在故障诊断中，可以根据振动变化的特性与其它因素相结合来诊断故障的类别及确定故障的原因。

对某些故障来说，根据振动变化的特点即可大致确定故障的原因。

4、振动与相关量的关系

机组的每一种故障，除了其在振动参数方面的特征外，均与某些相关量有关。尤其是同步转速振动的故障，更需要通过与各种相关量关系的分析来判断故障的原因。在现场为寻求振动故障原因而进行的各种振动试验实际上就是探求与各种相关量的关系，例如通过变化发电机转子的无功负荷(转子电流)来判断发电机转子的振动变化量是否由匝间短路所引起。

这些相关量是指汽轮发电机的各种运行参数，如主蒸汽及再热蒸汽的压力、温度、流量、排汽温度、凝汽器真空、润滑油温、油压、各轴承的顶轴油压、机组的绝对膨胀及相对膨胀、发电机的有功及无功负荷、转子电流、冷却风温、风压或冷却水的温度、流量等等。

在大机组中，大部分相关量已在电厂的数据采集系统(DAS 系统)中，可利用数据通信将这些相关量与振动参数相结合，一并加以分析。根据目前已有的知识和经验，己可分别列出每一种故障原因与相关量的具体关系。尽可能将各种具体故障原因引起的振动故障与有关相关量的关系一一加以列出，当根据上述几个方面诊断出某种故障有几种可能的原因时，即根据与该原因与相关量的关系进一步确定该故障的原因。

5、故障部位的判断确定

对同步转速的振动，可根据不平衡分析技术判断故障部分。对于非同步转速的振动，根据出现过大振动所在的部位以及振动的类别，可确定故障所在的转子及所在的支承。将这一判定作为一个单独的方面，是根据大量实际机组故障诊断的思路及经验提出的。由于实际的振动故障中 90%以上均与同步转速振动有关，判定故障所在的部位对缩小诊断的范围，找出引起异常振动的原因极为有用，实际的振动故障诊断中，也往往是先寻找故障所在的部分，再去逐步深入剖析原因，许多实例均可说明这一点。

根据振动幅值传递特性及相位传递特性，能比较容易地按振动的分布状况或振动变化量的分布状况确定不平衡类故障的部位。

实践表明：各种故障原因的诊断均没有超出上述5个方面的知识范畴，且很多疑难故障也必须要经过上述5个方面的分析才能诊断出其原因。只要明确每一振动故障在这5个方面的征兆，则不仅可以诊断出该故障的类型，而且可以较明确地诊断出引起故障的具体原因。