某燃机发电厂3#PG9171E型燃气轮机组由美国GE公司生产，燃机部分由1个启动马达（额定功率为1 000 kW）、1个轴流式压气机（级数为17级）、1个燃烧系统（燃烧室为14个分管回流式结构）、一个透平转子（转子透平数为3级）等结构组成。其额定转速为3000 r/min，额定功率120 MW，燃机与发电机通过负荷联轴器连接。该发电机组包括5个轴承，3级燃机透平转子和17级轴流式压气机转子采用三支承结构。燃气轮机发电机组轴系结构、测点位置布置以及机组参数如图1、图2和表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.004.F001图1PG9171E燃气轮机发电机组轴系布置10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.004.F002图2传感器布置10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.004.T001表1机组设备参数项目参数项目参数额定容量/MVA158.8接线方式Y额定电流/A6 645功率因素0.85额定功率/MW135生产日期2011年6月额定电压/kV13.8出厂编号201161001定子额定电压/V13 800转子空载励磁电流/ A328定子额定电流/A6 645转子空载励磁电压/ V147定子每相电容量/313 000转子额定励磁电流/A891定子过热常数/37.5转子额定励磁电压/V400燃机的发电机是南京汽轮电机（集团）有限责任公司生产的QFR-135-2二级同步空冷发电机，其转子为实心铸铁式结构，转速为3 000 r/min、三相交流电的频率为50 Hz，发电机设计临界转速分别为1 290 r/min（一阶）和3 600 r/min（二阶）。发电机采用封闭自循环系统驱动通风，冷却介质为空气，空气由空气冷却器冷却，其转子采用两支承结构。励磁机励磁方式采用无刷励磁，为带有旋转整流器二极管的交流励磁机。3#燃机机组配备了振动涡流传感器和振动速度传感器以及键相传感器，能够对机组振动信号进行数据采集、分析和诊断。该机组键相测点安装在1#轴承附近，1#、3#、4#、5#轴承分别安装了2个轴振测点，1#~5#轴承都安装了瓦振测点。其中，由于燃机结构空间限制，2#轴承瓦振测点安装在下方，与其他测点位置不同。该机组2016年5月大修，修后启机运行期间发电机各轴承振动发生了很大变化，其中5#轴承在机组启动过程中振动值达到16丝。因此对机组振动大故障现象、原因进行了分析，通过现场动平衡，有效降低了机组振动，使机组恢复了安全运行。1现象及故障该机组发电机转子返厂检修前，机组振动情况如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.004.T002表2机组大修前振动数据测点启机3 000 r/min并网后额定功率几天后额定功率停机3 000 r/min5X0.060.210.150.125Y0.020.070.050.044X0.040.070.060.064Y0.040.110.070.06mm发电机转子于2016年5月大修时返厂处理，发现部分励端线圈组间跨线出现变形，并进行了跨线替换等。机组于2016年6月13日修后启机。查阅历史情况发现，机组在运行和带负荷过程中，发电机励端振动仍然偏大。2机组振动分析动平衡的求解方法并不复杂，但结合现场实际机组进行动平衡试验时，不可以简单套用计算公式。经综合考虑多方面因素的影响后决定，通过一次动平衡试验就可取得比较好的试验结果。现场动平衡试验要进行试加重工作，通过一次试加重产生的试验前后振动数据求解精准重量。2.1振动数据分析2016年12月对机组振动进行数据采集，动平衡前启机、定速及满负荷时的振动数据如表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.004.T003表3动平衡前振动数据测点1 321 r/min（通频/工频）3 000 r/min（通频/工频）满负荷（通频/工频）5X0.05/0.050.13/0.120.16/0.155Y0.08/0.070.05/0.040.06/0.054X0.06/0.050.06/0.050.09/0.084Y0.05/0.040.03/0.030.05/0.05mm通过做发电机励磁电流试验，发现4#和5#瓦振动随发电机励磁电流变化，轴振随励磁电流变化曲线如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.004.F003图3轴振随励磁电流变化曲线由表3可知，该机组振动具有以下特点：（1）过机组临界转速1 321 r/min时，4#和5#瓦振动良好，说明其一阶不平衡分量不大。（2）机组在空载3 000 r/min时，振动最大达到0.13 mm，其中以1X为主，说明存在一定的不平衡分量。（3）由图3可知，发电机励磁电流发生变化后，4#和5#瓦振动随即变化，两者之间没有滞后。说明该机组同时存在电气故障，即发电机转子存在部分不平衡电磁力。2.2振动形式判定工作转速下的转子不平衡形式的判断比较复杂，受转子间相互干扰、支撑形式等的影响较大［1］。工作转速下的振动可能出现以下两种情况：（1）反相分量大。这说明机组转子存在一定形式的反对称不平衡量，而此类振动问题较容易动平衡，这是由于在工作转速下机组对反对称分量配重灵敏性较高。（2）同相分量大。机组在工作转速下出现同相振动分量，不外乎三种可能：转子外伸端不平衡、三阶不平衡和一阶不平衡。出现一阶不平衡，可在转子端部加重或在机组转子中部进行对称形式的加重。此类情况下，加重量通常较大，这是由于对称形式的配重灵敏度较低。为了平衡三阶振动分量，又不影响一阶振动分量，需要在转子三个平面上加重。但是，很多机组在现场平衡时只有端部的两个平面可以加重，导致工作转速和临界转速下的振动出现矛盾。但三阶不平衡只会出现在一阶临界转速很低的转子上。转子外伸端长且重时，会导致跨内转子振型的畸变，也可能诱发同相振动。此外，转子外伸端本身的不平衡也有可能产生此类同相振动，而且很敏感［2］。由上述分析可知，工作转速下出现同相振动分量后，可以采取转子跨内加对称重量和转子外伸端加重两种方法进行平衡［3-5］。2.3振动试加重角度确定现场进行动平衡工作时，相比较试加重质量，更关心试加重角度。这是因为：（1）合适的试加重角度。在这种情况下，若试加重量较轻或者较轻，也会对配重后的振动产生较显著的变化，而且后续所求解的动平衡影响系数也会较精确。（2）准确的试加重角度。在此种情况下，能够有效降低试加重后的振动，同时也给后续的动平衡工作预留了有利条件。机械滞后角的大小不仅受机组需要平衡转速与转子本身临界转速间的远近距离影响，而且也与机组转子本身支撑特性有关。刚性支撑结构机械滞后角如表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.004.T004表4刚性支撑结构机械滞后角因素滞后角临界转速小于平衡转速90～180临界转速接近平衡转速90临界转速大于平衡转速0～90°动平衡试验中不平衡力角度主要受转子机械滞后角因素的影响。通过振动采集仪采集振动相位角后，还需要确认鉴相器和传感器实际位置。2.4平面影响系数确定（1）获得机组在额定工作转速下的原始振动数据A0。（2）试加重质量M1可通过加重后产生的离心力约为10%转子质量来确定。试加重角度的计算公式为：式中：β——仪器采集的原始振动相位（°）；α——试加重角度 （°）；θ——转子机械滞后角（°）。（3）配重后，机组达至额定工作转速时，记录此时振动A1。（4）调整配重质量M2。M2=-A0·M1/(A1 -A0)  (2)机组试加重试验前后振动矢量ΔA=A1-A0 (3)单平面转子影响系数α’=ΔA/M1  (4)调整后的质量M2 =-A0 / α'    (5)式中：振动量和加重量两者皆为矢量。公式 （2）~公式（5），所有乘、除、加、减运算为矢量计算。3现场动平衡通过进一步对数据进行分析，发现此振动同相分量较大。由于机组过临界时振动不大，所以排除转子跨内加对称配重，决定在励磁机进行动平衡配重，即在励磁机单面加重425 g∠340°。第一次动平衡后振动数据如表5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.004.T005表5第一次动平衡后振动数据测点3 000 r/min（通频/工频）满负荷（通频/工频）5X0.10/0.090.14/0.145Y0.04/0.040.06/0.054X0.07/0.040.09/0.074Y0.04/0.020.05/0.03mm与动平衡前振动相比，振动有所下降。利用余热锅炉人孔门密封处发生泄漏停机机会，进行第二次动平衡调整，调整方案为：去掉第一次配重，在励磁机单面加重600 g∠30°。第二次动平衡试验后振动数据如表6所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.004.T006表6第二次动平衡试验后振动数据测点3 000 r/min（通频/工频）满负荷（通频/工频）5X0.05/0.040.08/0.075Y0.02/0.010.03/0.034X0.03/0.010.06/0.040.04/0.024Y0.03/0.01mm通过在励磁机进行动平衡试验，消除了发电机机械不平衡量，空载3 000 r/min时，振动最大0.05 mm，达到良好。由于发电机本身存在电气故障，机组在满负荷时，仍然有0.03 mm增量，而且在多次启停运行期间基本维持稳定，待合适时间仍需进一步处理。4结语3#燃机发电机振动大是主要由以下两方面因素综合叠加引起的振动现象：（1）发电机转子存在外伸端，外伸端本身存在一定的不平衡，导致其在运行状态下产生不平衡机械振动；（2）燃机发电机转子本身存在一定的电气故障，导致其在运行时产生一定的热不平衡量。通过在励磁机上进行动平衡试验，成功处理了机械不平衡量，使得机组振动明显降低，达到运行要求。由于发电机本身电气故障，不能通过动平衡试验进行消除，需要返厂进行处理。本次故障的成功处理为同类型机组故障治理提供了宝贵经验。