大型汽轮发电机振动故障诊断与分析

大型汽轮发电机振动故障诊断与分析

摘要：汽轮发电机是电力系统的重要设备之一，其安全可靠运行对整个电力系

统的稳定有着重要的意义。发电机振动状态是评价机组能否持续可靠运行的重要

指标。本文介绍了大型汽轮发电机振动故障的类型及产生原因，阐述了振动故障

诊断和分析的方法。

关键词：大型汽轮发电机；振动故障；故障诊断方法

振动故障是大型汽轮发电机组最常见的故障之一，由于大型汽轮发电机组一般自动化

程度较高，而且机组主要机构在运行过程中由于旋转作用使得产生振动，这在日常工作中往

往是不可避免的，再加上大型汽轮发电机本身结构的复杂性，就更增加了其振动故障诊断的

复杂性。发电机振动超过允许值会引起动、静部分摩擦，加速部件的磨损、产生偏磨、电刷

冒火；使机组轴系不能正常工作；严重时将会导致机组密封系统遭到破坏；定子铁心松弛片

间绝缘损坏，导致短路故障等。因此研究大型汽轮发电机振动故障的产生原因，并采取有效

的振动故障诊断措施使故障被及时发现、及时消除具有十分重要的意义。

1 大型汽轮发电机振动故障分类及原因分析

1.1 大型汽轮发电机组振动的分类

大型汽轮发电机组的振动根据振动的性质不同可分为强迫振动和自激振动两大类，其

中强迫振动分为普通强迫振动、电磁激振、高次谐波共振、分谐波共振、撞击震动、拍振、

随机振动；自激振动包括轴瓦自激振动、参数振动、汽流激振、摩擦涡动等，在我国当前投

入运行的大型汽轮发电机中，气流激振和摩擦涡动这两种振动形式一般不作考虑。而根据产

生的原因不同大型汽轮发电机振动又可分为机械振动和电磁振动两大类。因此，在分析大型

汽轮发电机振动故障时要先弄清楚其振动的原因是机械方面的还是电磁方面的，从而制定有

针对性的消振措施。

1.2 大型汽轮发电机组振动故障的类型及原因分析

汽轮发电机组常见的十二种机械振动故障有：动静碰摩、汽流激振、转子质量不平衡、汽轮

机转子热弯曲、发电机转子热弯曲、转子部件脱落、转子不对中、油膜涡动、油膜振荡、参

数振动、转子横向裂纹、支承松动。

汽轮发电机组的电磁故障主要发生在发电机上，也能通过轴系传到机组的其他部常见

的部位，电磁故障有：转子绕组匝间短路、定转子之间气隙不均、定子绕组端部振转子中心

位置偏移、不对称负荷和电磁谐振等。

在上述诸多振动故障中，动静碰磨与气流激振是最常见的两种振动故障，因此本文将

这两种振动故障作为典型分析其产生的原因。

1.2.1 动静碰磨

动静碰磨指的是在大型汽轮发电机中转子与定子之间发生碰撞、摩擦从而产生振动的

现象，动静碰磨是机械振动故障里最常见也是危害最大的，产生动静碰磨的原因有很多，究

其内在来说，主要是由于转子与定子之间的间隙过小，同时由于安装、检修等过程中导致了

动静间隙沿圆周方向不均匀，或者由于气缸、轴承座受热变形跑偏造成的动静摩擦、碰撞等

导致的振动。图1为动静碰磨原理图，当转子旋转中心O′偏离了原本的中心O，在转子以角

速度w旋转时与定子碰撞时就会产生径向冲击力N以及反向摩擦力f。

1.2.2 气流激振

在大容量汽轮发电机组中，尤其是超临界或超超临界机组，当运行负荷增大，导致作

用在转子上的气流激振力也随之增大，当增大到一定程度时，就会在汽轮机转子上会诱发产

生振动现象，这种振动一般具有突发性的特点。

2 大型汽轮发电机组振动故障诊断与分析方法

2.1 传统方法

传统振动故障诊断方法就是利用工作人员、专家的听觉、触觉或使用频谱仪、声压计

等设备来确定振动故障的原因及发生故障的部位，更多的是依靠专家的主观经验和业务能力，综合频谱分析、概率统计等学科的知识，是一种常用的故障诊断方法，对线性特征明显的振

动故障实用性很强，而对相对复杂、非线性的振动故障效果较差。

2.2 专家系统故障诊断分析法

在传统振动故障检测诊断技术中，由于每个专家的水平差异很大，并且本领域国内顶

尖的专家不可能及时到达故障现场，因此传统的依靠专家的诊断方法有一定的局限性。随着

人工智能技术的发展，将本行业专家的经验、理论等录入数据库，结合计算机、数据库、仿

生学等知识，使系统可以模拟专家的思维对大型汽轮发电机组的振动故障进行诊断，有利于

提高振动故障检测诊断的准确性和效率。

2.3 模糊故障诊断分析法

模糊诊断法是一种基于数值运算的诊断方法，其主要是利用模糊数学的知识，根据振

动故障的现象以及其形成的原因建立起模糊关系，利用计算机设定好的程序进行运算，从而

确定出振动故障的未来发展趋势。模糊故障诊断法一般可实现高度的自动化，在无人工干预

的情况下实现对故障的模糊运算，其对振动故障发展的过程可完全不考虑，只针对故障最初

发生的现象，因此不必要求数据的实时性，一般只对振动故障进行简单的和初步的诊断，给

工作人员提供参考，并且只能针对单一目标，对多原因造成的振动故障无法做出判断。但是，由于模糊诊断法自身的特点，使其尤其适用于难以确定标准信息征兆群的情况。

结语

随着大型汽轮发电机组在我国发电站中得到普遍的应用，其运行的安全性和可靠性已

经成为不得不关注的问题，大型汽轮发电机在运行的过程中会发生机械性的或者电磁性的振动，这些振动极有可能导致振动故障的发生，因此作为工作人员必须弄清楚故障发生的原因，从而有的放矢的采取相应的措施，消除振动故障的影响。在我国当前大型汽轮发电机振动故

障诊断技术正在快速发展，不断与国际接轨，然而也应当看到，在实际工作中故障诊断准确

率以及故障原因分析水平还有待提高，因此必须继续加大大型汽轮发电机振动故障诊断技术

的研究，以适应我国电力行业的飞速发展。

参考文献

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[2]荆建平，孟光，赵玫，等.超超临界汽轮机汽流激振研究现状与展望[J].汽轮机技术，2004.