一种发电机轴瓦瓦枕绝缘垫失效诊断方法及系统与流程

1.本发明涉及汽轮发电机组轴瓦故障诊断领域，具体地说是一种发电机轴瓦瓦枕绝缘垫失效诊断方法及系统。


背景技术：

2.目前，振动分析已广泛应用于发电机的故障诊断中，通过对振动数据的分析，可判断出发电机存在质量不平衡、不对中、转子故障、轴瓦失稳等故障。绝大部分发电机轴瓦故障中，振动特征以一倍频分量为主，且质量不平衡占比较大。若发电机振动出现爬升或突变现象，表明发电机转子存在转子热弯曲、联轴器不对中、转子裂纹等等故障，若发电机轴瓦瓦枕绝缘垫出现磨损或失效，也会导致轴振爬升，且轴振间隙电压会发生大幅爬升，瓦温降低等。针对这类故障，在故障诊断过程中，极易误判为测量探头故障、转子热弯曲、动静碰磨等故障，存在误诊可能性，严重影响机组的安全稳定运行，并导致后期发电企业检修成本上升。
3.因此，研发一种基于轴振间隙电压变化的发电机轴瓦瓦枕绝缘垫失效的诊断技术，可丰富发电机故障诊断方法，提高大型发电机运行的安全可靠性，并降低检修成本。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种发电机轴瓦瓦枕绝缘垫失效诊断方法及系统，以准确地识别出发电机轴瓦瓦枕绝缘垫损坏故障，提高大型发电机运行的安全可靠性，降低检修成本。
5.为此，本发明采用如下的技术方案：一种发电机轴瓦瓦枕绝缘垫失效诊断方法，其包括：
6.步骤1)，获取发电机两侧轴瓦振动爬升前后的轴振信号和间隙电压信号，并生成轴振信号趋势图和轴振信号频谱图；
7.步骤2)，根据所述的轴振信号和轴振信号趋势图，确定故障位于发电机哪一侧轴瓦，以轴振大的轴瓦作为主要故障分析点，进行识别诊断；
8.步骤3)，根据所述的轴振信号频谱图，若轴振信号频谱以一倍频分量为主，为轴瓦损坏故障，则对发电机两侧轴瓦间隙电压进行分析计算；若轴振信号频谱不以一倍频分量为主，为其他故障，识别结束；
9.步骤4)，对发电机两侧轴瓦轴振x、y方向的间隙电压进行平方根差值的绝对值计算，其计算结果为k值：
10.步骤5)，若k值小于等于1.5，则对发电机两侧轴振进行动平衡建模计算，判断发电机轴系是否存在不平衡现象；
11.步骤6)，若k值大于1.5，对故障轴瓦瓦温变化趋势进行分析。
12.进一步地，步骤5)包括：
13.51)若存在动不平衡，对发电机进行rso试验，若不存在匝间短路，则采取动平衡试
验减振，并进行长期监测；若存在匝间短路，采取抽转子处理，识别结束；
14.52)若排除动不平衡故障，则判断为不对中等故障，对汽轮发电机对轮中心进行调整处理，识别结束。
15.进一步地，步骤6)包括：
16.61)若故障轴瓦瓦温存在下降趋势，则判断轴瓦绝缘垫损坏，对轴瓦绝缘垫进行更换，识别结束；
17.62)若故障轴瓦瓦温存在上升趋势，则判断为其他类型的轴瓦损坏，计划对轴瓦检修，识别结束。
18.进一步地，步骤4)中，设发电机两侧轴承轴振x、y方向的间隙电压为g
ax
、g
ay
和g
bx
、g
by
,利用公式计算出相应的间隙电压k值。
19.本发明采用的另一种技术方案为：一种发电机轴瓦瓦枕绝缘垫失效诊断系统，其包括：
20.轴振趋势图和轴振频谱图生成单元，获取发电机两侧轴瓦振动爬升前后的轴振信号和间隙电压信号，并生成轴振信号趋势图和轴振信号频谱图；
21.故障轴瓦确定单元，根据所述的轴振信号和轴振信号趋势图，确定故障位于发电机哪一侧轴瓦，以轴振大的轴瓦作为主要故障分析点，进行识别诊断；
22.故障类型排除单元，根据所述的轴振信号频谱图，若轴振信号频谱以一倍频分量为主，为轴瓦损坏故障，则对发电机两侧轴瓦间隙电压进行分析计算；若轴振信号频谱不以一倍频分量为主，为其他故障，识别结束；
23.k值计算单元，对发电机两侧轴瓦轴振x、y方向的间隙电压进行平方根差值的绝对值计算，其计算结果为k值：
24.不平衡现象判断单元，若k值小于等于1.5，则对发电机两侧轴振进行动平衡建模计算，判断发电机轴系是否存在不平衡现象；
25.瓦温变化趋势分析单元，若k值大于1.5，对故障轴瓦瓦温变化趋势进行分析。
26.本发明具有的有益效果如下：本发明可以准确地识别出发电机轴瓦瓦枕绝缘垫损坏故障，能有效避免误诊，提高了大型发电机运行的安全可靠性，降低了检修成本。
附图说明
27.图1为本发明发电机轴瓦瓦枕绝缘垫失效诊断方法的流程图；
28.图2为本发明实施例1中测振传感器布置图；
29.图3为本发明实施例1中轴振信号趋势图；
30.图4为本发明实施例1中轴振信号频谱图；
31.图5为本发明发电机轴瓦瓦枕绝缘垫失效诊断系统的结构框图。
具体实施方式
32.下面结合说明书附图和具体实施方式，对本发明作详细说明。
33.实施例1
34.本实施例为一种发电机轴瓦瓦枕绝缘垫失效诊断方法，如图1所示，包括如下步
骤：
35.步骤1，获取发电机轴瓦振动爬升前后的轴振信号、间隙电压信号，并生成轴振信号趋势图、轴振信号频谱图。
36.轴振信号和间隙电压信号可从汽轮发电机组所配置的监视仪表(tsi)采集的信号分析获取。参考图2，为测振传感器布置图；为参考表1，为轴振与间隙电压数据表。
37.表1轴振与间隙电压数据表
38.测点通频μm基频μm相位
°
间隙电压v发电机前轴承x方向592447
‑
9.240发电机前轴承y方向3111167
‑
10.974发电机后轴承x方向5210113
‑
9.826发电机后轴承y方向5310310
‑
10.949
39.由采集得到的轴振信号生成振动趋势图和振动频谱图，对振动情况进行初步分析。参考图3，为轴振信号趋势图；参考图4，为轴振信号频谱图。
40.步骤2，根据所述的轴振信号和轴振趋势图，确定故障位于发电机哪一侧轴瓦，以轴振较大的轴瓦作为主要故障分析点，进行识别诊断。
41.当发电机振动出现变化时，一般轴振变化异常且振动较大的轴瓦设定为主要故障分析对象。
42.步骤3，根据所述的轴振频谱图，判断轴振信号是否以一倍频分量为主；若判断轴振频谱图中以一倍频分量为主，若是，执行步骤4，否则，为其他故障，识别结束。
43.步骤4，对发电机两侧轴瓦轴振x、y方向的间隙电压进行平方根差值的绝对值计算，设发电机两侧轴承轴振x、y方向的间隙电压为g
ax
、g
ay
和g
bx
、g
by
,设计算结果值为k值，利用公式计算得出相应的间隙电压k值，若k值小于等于1.5，则执行步骤5，若k值大于1.5，则执行步骤8。
44.轴振数据中的间隙电压值表明了转子表面与涡流传感器之间的距离，机组运行过程中，该值变化量基本趋于稳定状态，将发电机一侧的轴瓦轴振x、y方向的间隙电压相乘开平方根得到一个间隙电压近似值，与发电机另一侧的轴瓦间隙电压近似值进行比较，最终得到一个差值k，正常情况下，这个k值是基本不变的。
45.关于k值的定义：本发明对二十几台运行中的发电机两侧轴瓦轴振的间隙电压测试与计算，并建立了k值数据库，采用大数据统计的分析方法，得出正常发电机两侧轴瓦轴瓦的间隙电压k值均小于1.5，而绝缘垫损坏的发电机其k值均远大于1.5，参考表2，为k值数据表。
46.表2k值数据表
[0047][0048][0049]
步骤5，对发电机两侧轴振进行动平衡建模计算，根据计算结果，若为动不平衡，则执行步骤6，否则执行步骤7。
[0050]
步骤6，对发电机进行rso试验，不存在匝间短路，则采取动平衡方式；如存在匝间短路，否则采取抽转子处理，识别结束。
[0051]
发电机rso试验可较好地判断和分析匝间短路故障，并能定位故障位置和严重程度。
[0052]
步骤7，机组检修时对汽轮发电机对轮中心进行调整处理，识别结束。
[0053]
步骤8，观察振动异常的轴瓦瓦温是否存在下降趋势，若存在下降趋势，则执行步骤9，否则执行步骤10。
[0054]
轴瓦瓦枕绝缘垫的损坏会在一定程度上会影响轴瓦瓦块的支撑状况，使瓦块标高下降，导致瓦温出现变化。
[0055]
瓦温趋势可从机组所配置的监测系统上获取。
[0056]
步骤9，则判断轴瓦绝缘垫损坏，计划更换轴瓦绝缘垫，识别结束。
[0057]
步骤10，判断为其他类型的轴瓦损坏，应计划对轴瓦检修，识别结束。
[0058]
实施例2
[0059]
本实施例提供一种发电机轴瓦瓦枕绝缘垫失效诊断系统，如图5所示，其包括：
[0060]
轴振趋势图和轴振频谱图生成单元，获取发电机两侧轴瓦振动爬升前后的轴振信号和间隙电压信号，并生成轴振信号趋势图和轴振信号频谱图；
[0061]
故障轴瓦确定单元，根据所述的轴振信号和轴振信号趋势图，确定故障位于发电机哪一侧轴瓦，以轴振大的轴瓦作为主要故障分析点，进行识别诊断；
[0062]
故障类型排除单元，根据所述的轴振信号频谱图，若轴振信号频谱以一倍频分量为主，对发电机两侧轴瓦间隙电压进行分析计算；若轴振信号频谱不以一倍频分量为主，为其他故障，识别结束；
[0063]
k值计算单元，对发电机两侧轴瓦轴振x、y方向的间隙电压进行平方根差值的绝对值计算，其计算结果为k值：
[0064]
不平衡现象判断单元，若k值小于等于1.5，则对发电机两侧轴振进行动平衡建模计算，判断发电机轴系是否存在不平衡现象；
[0065]
瓦温变化趋势分析单元，若k值大于1.5，对故障轴瓦瓦温变化趋势进行分析。
[0066]
具体地，所述的不平衡现象判断单元，包括：
[0067]
51)若存在动不平衡，对发电机进行rso试验，若不存在匝间短路，则采取动平衡试验减振，并进行长期监测；若存在匝间短路，采取抽转子处理，识别结束；
[0068]
52)若排除动不平衡故障，则判断为不对中等故障，对汽轮发电机对轮中心进行调整处理，识别结束。
[0069]
具体地，所述的瓦温变化趋势分析单元，包括：
[0070]
61)若故障轴瓦瓦温存在下降趋势，则判断轴瓦绝缘垫损坏，对轴瓦绝缘垫进行更换，识别结束；
[0071]
62)若故障轴瓦瓦温存在上升趋势，则判断为其他类型的轴瓦损坏，计划对轴瓦检修，识别结束。
[0072]
具体地，所述的k值计算单元中，设发电机两侧轴承轴振x、y方向的间隙电压为g
ax
、g
ay
和g
bx
、g
by
,利用公式计算出相应的间隙电压k值。
[0073]
应用例
[0074]
某4号机组选用上海汽轮机厂按美国西屋公司提供的技术制造的n600
‑
16.7/538/
538型600mw亚临界、中间再热式、单轴、四缸、四排汽凝汽式汽轮机，发电机选用上海汽轮发电机有限公司生产的qfsn
‑
600
‑
2型水氢冷却发电机。机组振动测试系统配有一套3500的tsi系统、一套本特利公司的system one汽轮发电机组故障诊断系统，可连续采集机组轴系振动等参数，每个轴承在45
°
、135
°
方向各配置一个涡流传感器，测量轴振。
[0075]
该机组自2020年6月18日起，发电机前轴承9号瓦x方向轴振出现爬升的现象，振动值从85μm缓慢爬升至115μm，振动变化以1x倍频分量为主,见表3、表4。
[0076]
表3：4号机组9号、10号瓦轴振变化数据列表(单位：通频/基频∠相位μm/μm∠
°
)
[0077][0078]
表4：4号机组9号、10号瓦间隙电压变化数据列表(单位：v)
[0079][0080]
应用本发明的方法进行了瓦枕绝缘垫是否损坏的测试。
[0081]
综合上述测试数据进行分析，得出以下结论：
[0082]
(1)9号瓦振动频谱图以一倍频分量为主，可排除测量系统异常、电气故障等；
[0083]
(2)对发电机两侧轴瓦轴振x、y方向的间隙电压进行计算，得出k值随机组运行时间加长而增大，最大值为4.26，远大于本发明规定的1.5限值；
[0084]
(3)进一步分析，9号瓦瓦温从62.06℃逐渐下降至58.59℃，下降了3.47℃，10号瓦10号瓦瓦温从57.79℃下降至57.02℃，下降了0.77℃，判定9号瓦轴瓦的标高有所降低，并影响到10号瓦轴瓦承载，极有可能是由于9号瓦左下侧瓦枕支座绝缘垫磨损导致脱空造成的。
[0085]
由此，诊断出9号瓦瓦枕左下绝缘垫磨损。2020年9月22日在电厂检修中，对9号瓦轴瓦进行检查，发现9号瓦瓦枕左下绝缘垫磨损了1.4mm(原来的厚度为2.9mm)，表明诊断的准确性。
[0086]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围
为准。