汽輪發(fā)電機組的大部分事故，甚至比較嚴重的設備損壞事故，多由振動引起，機組異常振動是造成設備損壞的主要原因之一。機組振動會使設備在振動力作用下?lián)p壞；長期振動會造成基礎及周圍建筑物產生共振損壞。這當中，機組軸系扭振現(xiàn)象是發(fā)展大電網(wǎng)和大機組所面臨的重大課題。1970年代以前，由于單機容量相對較小，扭振的危害性并不突出；但近幾十年來，隨著超高壓大電網(wǎng)和大功率機組的投產，國內外陸續(xù)發(fā)生多起網(wǎng)-機諧振造成機組嚴重損毀的重大事故，引起全世界廣泛關注。

日本關西電力公司海南電廠容量為 600MW的#3 機于 1972 年 6 月在試運行中發(fā)生破壞性事故。這次事故在機組發(fā)生巨大振動之后的極短時間內即發(fā)生。

通常，汽輪發(fā)電機振動增大的原因很多，但在如此短的時間內發(fā)生如此巨大的振動，#3 機#11 軸承（勵磁機處）損壞可謂該次事故的起因。由于#11軸承的軸承蓋和軸承座裝配質量不太好，試運行中，轉速下降時軸振動特別大，磨損了螺栓的螺紋；超速試驗時(轉速上升到 3850r/min)，#11 軸承的軸振動驟然增大，致使軸承蓋固定螺栓脫出，上軸瓦脫落；而上軸瓦和擋油環(huán)一起飛出后，便無法向軸承下半部提供潤滑油，#11 軸承作用消失。這時，油膜阻尼降低，導致軸系臨界轉速下降，接近當時的實際轉速(3850r/min)，引發(fā)共振，共振隨即導致勵磁機軸出現(xiàn)巨大振動(見圖)。在機組發(fā)生巨大振動之后的極短時間內，多段軸斷裂，零部件飛出，并引發(fā)火災，釀成特大事故。圖 3 為#9 ～#10 發(fā)電機軸承結構,圖 4 為#11 軸承結構圖。

隨著發(fā)電機容量的增大及轉軸的增長，汽輪發(fā)電機的振動問題將會變得更加重要，因此在結構、安裝、試運行各方面都應尤為重視。該事故的教訓說明，對軸承安裝及固定必須采用一種充分考慮了振動問題的安裝工藝方法。另外，應從平衡調整方法入手，改進發(fā)電機包括勵磁機的整個軸系振動計算的檢查方法。

陜西某電廠(200MW)#5 汽輪發(fā)電機組于 1988年 2 月 ，在進行提升轉速的危急保安器動作試驗時，發(fā)生了軸系斷裂的特大事故。軸系 7 處對輪螺栓、軸體 5 處斷裂，共斷為 13 段，主機基本毀壞。

當日，做#1 飛錘提升轉速試驗時，試驗人員將#5 機盤上轉速表顯示的 3228r/min，誤看作3328r /min，并手按集控室停機按鈕，使得機組跳閘，但并未與相關試驗人員聯(lián)系，致使他們誤認為#1 飛錘已經動作。做#2 飛錘提升轉速試驗過程中，機組轉速升至 3302r/min 之際，發(fā)出類似于汽門動作的聲音,試驗人員誤認為#2 飛錘已動作，于是將超速試驗手柄放開，后確認#2 飛錘并未動作。當轉速降至3020r/min時，未發(fā)現(xiàn)異常，繼續(xù)進行#2 飛錘動作試驗。隨即，先聽到升速叫聲，隨即副勵磁機噴出灰塵，然后聽到一聲悶響，發(fā)電機端部著火，#1 瓦蓋翻起，高壓后汽封噴出蒸汽，試驗人員跌倒。從聽到升速叫聲到發(fā)電機端部著火時間僅約6s至8s。

這次事故是由油膜失穩(wěn)開始，突發(fā)性、綜合性強烈振動造成軸系嚴重破壞。該機組軸系穩(wěn)定性裕度偏低和機組轉速飛升超速到 3500r/min ～3600r/min 是釀成這次事故的主要起因。

新疆某熱電廠#3 發(fā)電機——變壓器組于 1999年2 月發(fā)生污閃，#3 發(fā)電機組跳閘，機組電功率從41MW 甩到零。汽輪機抽汽逆止閥水壓聯(lián)鎖保護動作，各段抽汽逆止閥關閉，轉速飛升到3159r/min后下降。有關人員到現(xiàn)場確認自動主汽門是否關閉，確認轉速，并啟動交流潤滑油泵檢查，調整同步器。當時機組振動正常，自動主汽門和調速汽門關閉，轉速2960r/min。技術人員認為是污閃造成機組甩負荷，復位調壓器和同步器后，同意維持空轉、開啟主汽門，并將汽機熱工聯(lián)鎖保護總開關切至“退除”位置。而復位低壓調壓器時，出現(xiàn)機組加速，機頭顫動，汽輪機聲音越來越大等異常情況。機組轉速上升到 3300r/min 時，現(xiàn)場人員立即手打危急遮斷器按鈕，關閉自動主汽門，同時將同步器復位，但機組轉速仍繼續(xù)上升。他們又數(shù)次手打危急遮斷器按鈕，但轉速依然飛速上升。在轉速達到3800r/min時，人員撤離，此時轉速為 4500r/min 。

不久，#3 機組發(fā)生超速飛車。隨著—聲巨響，機組中部有物體飛出，保溫棉渣四處散落，汽機下方及冷油器處起火。

究其原因，1.27MPa抽汽逆止閥閥碟鉸制孔螺栓斷裂使閥碟脫落，抽汽逆止閥無法關閉，是機組超速飛車的主要和直接原因；運行人員在發(fā)電機差動保護動作后，本應先關閉抽汽電動門后解列調壓器，但卻未明確上述操作的先后順序，造成關閉抽汽電動門和解列調壓器的無序操作，這是機組超速飛車的次要原因。

遼寧某電廠 1999 年8月準備檢查調速汽門開度時，主汽門關閉，同時伴隨一聲巨響，發(fā)電機后部著火，軸系斷為 11 段，呈 10個斷裂面，機組嚴重損壞。其中 5 處為軸斷裂，4 處為對輪螺栓斷裂，1處為齒型聯(lián)軸器失效。

正是因為齒輪聯(lián)軸器失效，才使得運行中主油泵小軸與汽輪機主軸脫開。主油泵停止工作、轉速失去監(jiān)測、調節(jié)系統(tǒng)失控，上述因素耦合的特殊工況致使低壓缸鑄鐵隔板在壓力波沖擊作用下碎裂，這是軸系損壞的主要原因。該起事故中，低壓缸鑄鐵隔板碎裂損壞，靜、動部件嚴重碰磨，機組發(fā)生強烈振動，則是轉子斷裂、軸系破壞的主要原因。

而齒型聯(lián)軸器失效，導致轉速失去監(jiān)測、調節(jié)系統(tǒng)失控，中壓缸瞬時進入大量蒸汽，這種情況當時在國內從未曾發(fā)生?，F(xiàn)場運行人員對此缺乏正確判斷，認為“無異?！?，仍按正常操作程序進行起動，致使中、低壓缸瞬時進入大量蒸汽，也是原因之一。

黑龍江某電廠電機檢修人員1993年11月在#2機處理勵磁機整流碳刷冒火缺陷時，因處理工藝水平、技術水平不高，引起環(huán)火，導致#2 發(fā)電機失磁，有功負荷急劇擺動，調速汽門失控，為這次事故埋下禍患。當電氣運行值班員為控制發(fā)電機失步，用同步器減#2 機有功負荷時，已調整無效，故斷開滅磁開關，解列該機。#2 機解列后，調速汽門不但無法關閉，維持機組空轉，且轉速急速飛升，引起危急保安器動作，自動主汽門關閉。

由于自動主汽門有卡澀缺陷，未關嚴，造成機組超速事故：首先是汽機末三級葉片斷裂損壞，并擊穿低壓缸發(fā)生第一次爆炸，機組強烈振動，串軸加大，軸系穩(wěn)定破壞，進而損壞發(fā)電機密封瓦；其后，氫氣溢出發(fā)生第二次爆炸并著火，同時引燃汽機透平油及部分電纜；隨之，軸系進一步失穩(wěn)，破壞全部軸承，扭斷主軸，使汽輪發(fā)電機組各動靜部分嚴重碰磨、撞擊，機組嚴重損壞。關閉主蒸汽管電動主閘門及總汽門后，才完全切斷進汽，轉子失去轉動動力而停止，整個過程的時間短暫。

國內某電廠#1 機組 1998 年 7 月進行第三次啟動時，發(fā)生大軸彎曲事故。彎曲的直接原因在于高壓轉子脹差越限，沒有及時打閘停機，導致高壓前后汽封和隔板汽封軸向、徑向碰磨，打閘后惰走過程中高壓脹差最大達+5.02mm。

高壓脹差越限由以下因素引起：

(1)接線錯誤，功率表無指示，沒有及時停機處理；高壓油動機又開到最大，從而增大了高壓脹差的變化率。

(2)機組參數(shù)不匹配。

(3)違反運行規(guī)程。規(guī)程規(guī)定，高壓脹差+3.0mm報警，+4.0mm打閘，但該機在高壓脹差到 4.46mm時才解列、打閘，機組經過長達24min惰走到靜止，加重了軸向、徑向磨損，造成大軸彎曲事故。

汽輪機組潤滑油系統(tǒng)是整個汽輪發(fā)電機組的一個重要組成部分，潤滑油系統(tǒng)出現(xiàn)異常，嚴重時會導致汽輪機燒瓦、軸頸拉傷、大軸彎曲、轉子動靜磨擦甚至整機損壞等惡性事故的發(fā)生。實際運行中，因潤滑油系統(tǒng)故障而被迫停機的事情常有發(fā)生。軸頸損傷對汽輪發(fā)電機組影響大，且軸頸損傷的同時常常伴隨機組燒瓦。

浙江某電廠#1 汽輪發(fā)電機組 1988 年 8 月因油系統(tǒng)中滲有大量空氣，自動主汽門自行關閉，調速油泵又未自啟動，交流潤滑油泵剛自啟動即被直流油泵自啟動閉鎖，故直流油泵自啟動后電機燒損，致使斷電燒瓦，造成重大事故。應該說，主油泵工作失常是該事故的起因。這次跳機事故之所以擴大成斷油燒瓦，主要原因在于直流潤滑油泵自啟動后電機燒毀，而直流潤滑油泵電機燒毀時直流母線電壓偏低，造成調速油泵、交流潤滑油泵手動搶合不成。

河南某電廠#1 機組在 2004 年 9 月的 168h 試運后消缺工作結束，重新啟動，運行 27h 后，#1 機組#5 軸瓦溫度異常升高到 113.35℃。#5 瓦金屬溫度開始上升過程中，其振動也出現(xiàn)異常波動，故于9 月 30 日 18：58 緊急停機，10 月 24 日啟動，機組總共停運 24 天。

其原因在于，#5 軸瓦在制造期間少了一道脫氫工藝，使得鎢金與瓦塊接合面處存有氫氣，運行中氫氣聚集導致軸瓦鼓包，破壞了頂軸油膜壓力，引起軸瓦溫度升高，積累至一定程度后，油膜壓力下降幾乎到零，從而導致軸瓦磨損，這是該事故的主要原因；運行中潤滑油質較臟，也是機組運行的一個不安全因素。

江蘇某電廠安裝有 2 臺 600MW超臨界機組。2006 年 3 月 3 日，C 級檢修發(fā)電機抽轉子發(fā)現(xiàn)發(fā)電機勵端軸瓦嚴重磨損，軸頸亦嚴重磨損。3 月 8日揭開#8 軸瓦瓦蓋時，發(fā)現(xiàn)#8 軸瓦軸頸中間部位嚴重磨損，磨損發(fā)生在#8 軸瓦軸頸中間位置，軸向長約 420mm的軸段，磨損深度(半徑方向)0.01mm～0.80mm．最深約 1.0mm。

翻出#8 軸瓦上瓦后發(fā)現(xiàn)，上瓦有輕微擦傷，#8軸頸則嚴重刮傷，有 17 條傷痕，最大傷痕寬約 2mm，深約 lmm，傷痕呈圓周狀，從中間到兩側依次漸密地分布在#8 軸頸處。翻出#8 軸瓦下半瓦后發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機端頂軸油囊基本被磨損或被磨損的鎢金填平，電機端瓦的表面鎢金磨損嚴重，而汽端鎢金表面有嚴重拉毛現(xiàn)象，拉毛處附著大量纖細鋼絲。濾網(wǎng)嚴重破損造成大量的纖細鋼絲進入潤滑油系統(tǒng)：大量的纖細濾網(wǎng)鋼絲隨著潤滑油涌進軸頸與軸瓦之間．破壞了軸與瓦之間的油膜，加劇了軸與瓦間的摩擦。

事故發(fā)生時，頂軸油母管壓力已降至 9MPa，低于設計值 12MPa。在該壓力下，#8 軸頸已不能完全頂起。由于頂軸油母管壓力下降，導致軸頸與軸瓦間隙減小，而此時低壓缸兩側的軸瓦隨軸承座受凝汽器真空影響而單邊偏折，從而易引起軸瓦單側燒瓦。

護環(huán)用以保護轉子端部線圈，尤其兩級汽輪發(fā)電機轉速高，護環(huán)得承受很大的機械應力，是汽輪發(fā)電機最關健的鍛件，因此人們對護環(huán)材料的質量要求相當高。

2000 年前，國產和進口 300MW 及以上容量的汽輪發(fā)電機都曾發(fā)生不同性質的事故，而護環(huán)事故比較突出，其中應力腐蝕破裂又占大多數(shù)，為此造成有的發(fā)電機事故后停機上千小時進行修復，損失電量上億 kWh，特別值得注意。

如 1987 年某電廠#7 發(fā)電機組于 l986 年 11 月投產，1987 年 1 月事故停機。護環(huán)經檢查發(fā)現(xiàn)嵌裝面圓角處有應力腐蝕裂紋群。山西某電廠200MW 氫冷機組 1985 年投產，1988 年大修時檢查發(fā)現(xiàn)其#3 發(fā)電機兩個護環(huán)共 5 處存在晶界紋，勵側有一處延晶裂紋，長約 4mm，汽側有一處腐蝕坑和晶界裂紋，裂紋長 2mm，一般長度為0.1mm ～ 0.3mm。所以應防止護環(huán)應力腐蝕，防止不平衡電流(負序流)超過規(guī)定值燒損護環(huán)，防止發(fā)電機超速損壞護環(huán)。

某電廠#5、#6 發(fā)電機系原蘇聯(lián) 1950 年代設計產品，容量 200MW，1979 年投運。但從 1993 年開始，#5、#6 發(fā)電機曾 4 次出現(xiàn)兩端部鐵心松動、過熱及斷齒現(xiàn)象，后又發(fā)現(xiàn)定子線棒松動磨損。2002年對#6 發(fā)電機做兩倍頻測量，各槽線棒固有振動頻率均發(fā)生變化。2002 年 8 月，#6 發(fā)電機運行中，定子線棒汽側漸開線鼻部近集水盒 R彎處導線斷裂漏水，停機轉檢修進行了更換線棒處理。經檢查，宏觀可見 7 根線棒斷裂。主要原因在于：

(1) 發(fā)電機定子線棒松動，各槽線棒固有振動頻率由此發(fā)生變化，進而引起部分線棒共振，造成線棒承受較大的周期循環(huán)應力；

(2)定子線棒汽側漸開線鼻部近集水盒 R 彎處導線由于加工時彎曲變形，使該處導線受彎曲力作用且導線外圓部分受到拉應力；裂紋產生部位系焊接區(qū)與非焊接區(qū)的交界處，故此處又是焊接熱影響區(qū)，該區(qū)域殘余應力較大。另外，該部位導線由于綁扎受到約束，所以較大的周期循環(huán)應力集中作用于導線 R 彎處。

(3) 扁銅管內腐蝕產物中 S、Cl 和 P 等腐蝕性物質長期作用于銅管內壁，于管內壁形成腐蝕坑。在腐蝕和周期循環(huán)應力作用下，腐蝕坑處形成微裂紋，逐步向外發(fā)展形成宏觀裂紋，最后貫穿整個管壁，造成扁銅管開裂泄漏。

(4)腐蝕性物質 S、Cl 等應為冷卻水帶進，水冷器有微漏處，運行過程中不斷有少量循環(huán)水被帶入機冷水中。

(5)扁銅管內壁覆蓋的含多種物質的腐蝕產物，特別是含有 Cu、Fe 的腐蝕產物，在磁場作用下易沉積，沉積物堵塞水流可造成發(fā)電機定子嚴重燒損事故，這也是不容忽視的一個重要問題。

某電廠 600MW#3 機組 2002 年 4 月因振動過大緊急停機。在制造廠檢查時，發(fā)現(xiàn)勵側護環(huán)內側 100mm 處徑向跳動值最大達 600 m，于是又對發(fā)電機轉子拔護環(huán)檢查，發(fā)現(xiàn)其發(fā)電機轉子勵磁側護環(huán)下本體與軸柄過渡圓角處，存在一沿轉子周向165 °、最大深度為 180mm 的裂紋，轉子嚴重損壞、報廢。該事故造成的損失巨大。后來由于處理得當，避免了更大事故的發(fā)生。此前，早在 1998 年 3月 16 日就曾因發(fā)電機轉子勵磁引線壓板螺釘斷裂，造成發(fā)電機定轉子嚴重損壞返廠處理，同時將#4 發(fā)電機 定轉子換至#3 機組上，并于 1998 年 7月 10 日投入運行。

勵磁引線壓板槽槽底根部 R角處嚴重的應力集中和鍛件存在冶金夾渣及材料脆性，是造成轉子產生裂紋的主要原因。具體分析，發(fā)現(xiàn)制造廠將勵磁引線壓板槽槽底根部 R 角曲率半徑由原設計6.35mm 減小到 3mm，實際測量最小處僅約 1mm，且形狀不規(guī)則并帶有尖角，應力集中情況尤為嚴重。同時，轉子材質脆性轉變溫度 FATT 及沖擊韌性超標，為不合格轉子。此外，轉子裂紋性質為高周疲勞開裂，裂紋斷面面積約為轉子截面的 1/3。裂紋斷口為新月形呈淺碟狀，斷面平坦呈細瓷狀，斷口附近未見明顯宏觀變形，為亞臨界裂紋擴展。斷口宏觀形貌具有貝殼紋、一次放射線和二次放射線等疲勞斷裂特征，斷裂源位于勵磁引線壓板槽槽底根部 R 角及附近區(qū)域。

斷口微觀形貌具有條紋、小斷塊和與裂紋擴展方向基本垂直的二次裂紋等疲勞特征。裂紋走向從壓板槽槽底根部 R 角區(qū)域開始，在垂直于變截面過渡區(qū)主應力方向，沿徑向和周向綜合擴展，形成疲勞斷面。有 20%～ 30%的斷面為沿晶斷裂，表明材料呈脆性，對缺口的敏感性強。

絕緣擊穿接地是汽輪發(fā)電機的一種多發(fā)事故，如某電廠 600MW發(fā)電機，因轉子勵磁引線壓板螺栓頭斷裂，造成機毀，損失慘重，歷時半年才得以修復。又如另一臺進口的 660MW 發(fā)電機，1994 年12 月并網(wǎng)運行，l996 年發(fā)生事故．總共只運行了3702h。事故后停機檢查，發(fā)現(xiàn)定子 B 相絕緣被擊穿接地，汽端定子鐵心第 2l槽有 4 段鐵齒燒損，出現(xiàn) 150mm × 90mm × 50mm 的大洞，部分線棒絕緣因過熱損壞，因鐵心熔化產生的金屬熔渣將轉子表面和定子瞠內擊傷，歷經 4 個月才得以修復。事故原因一是鐵心有傷，產生較大渦流，二是端部通風不良。圖 5 為汽側鐵心燒損部位。

上述事故中，制造質量欠佳是發(fā)生事故的主要原因，這包括設計、工藝、原材料、廠內試驗等，但最主要的還是管理問題。原本有些質量問題在制造廠或工地經返修是可以排除的，而有些質量問題卻無法修復、彌補，造成永久性缺陷。比如加工軸頸時其直徑小于設計值，或因在廠內做超速試驗時斷油發(fā)生軸頸研磨，不得不將軸頸直徑車??；轉子通風孔加工時局部地方的通風孔橫截面積小于標準值等。

發(fā)電機轉子線圈是發(fā)電機勵磁的重要組成部分，其引出線崩斷，會使運行中的發(fā)電機定子線圈失去勵磁而引發(fā)事故。

四川某電廠#1 發(fā)電機 1992 年投入運行。由于輔機設備突然故障短時停機，發(fā)電機和勵磁機的碳刷、碳刷架、卡簧得到清灰檢查 ，兩只發(fā)電機轉子碳刷(正、負極各一只)被更換。#1 發(fā)電機正常啟機升壓至 4.8kV、6.3kV 時，對發(fā)電機、勵磁機的常規(guī)絕緣檢查未發(fā)現(xiàn)任何異常，并網(wǎng)后帶有功負荷4MW、無功 2MVar、定子電流 400A 時，發(fā)電機正極滑環(huán)上有一只碳刷出現(xiàn)跳動聲響，無火花出現(xiàn)。經調整，卡簧壓力仍無法消除，不久，發(fā)電機滑環(huán)處突然迸發(fā)出長達 1m的強烈火花，立即按下緊急跳閘按鈕，#1 發(fā)電機解列停機。穿過正極滑環(huán)的負極引線絕緣受損，是造成負極引線與正極滑環(huán)短路的原因。

從設計方面來看，發(fā)電機轉子繞組引入連續(xù)勵磁電流的正、負極滑環(huán)可以在發(fā)電機轉子的兩端，也可以在轉子的同一端。#1 發(fā)電機的正、負極滑環(huán)就是按照在轉子同一端集中布置在汽輪機側設計制造。

這樣的設計存在如下弊端：負極引線穿過正極滑環(huán)，給負極引線與正極滑環(huán)提供了短路機會；使發(fā)電機側的滑環(huán)與發(fā)電機端蓋間的距離相對縮短，僅有25mm(發(fā)電機正、負極滑環(huán)按兩端設計布置，該尺寸為 50mm)，起吊發(fā)電機端蓋很容易機械撞傷引線絕緣；十分不便日常檢查穿過正極滑環(huán)處負極引線的絕緣及引線下的絕緣墊塊。

發(fā)電機正、負極滑環(huán)的表面，每隔 10mm 的寬度有起冷卻作用的螺旋形導風溝 (寬約 5mm），存在弊端：它使碳刷有效接觸面降低，接觸電阻加大，發(fā)熱增大，溫度升高。最惡劣的時候，#1 機正、負極滑環(huán)溫度高達 120℃；螺旋形導風溝(寬約 5mm)過寬，碳刷與導風溝相切割力度變化大，磨損脫落的碳粉較多。

轉子繞組匝間短路或接地故障，輕則使機組振動增大超標，重則使機組大軸、軸承及其他部件磁化，以致燒損等，危害機組安全運行。

如某電廠#1 發(fā)電機，1991 年 8 月投入運行，1993 年 4 月發(fā)生轉子繞組匝間短路并接地故障。事故后拔護環(huán)檢查，發(fā)現(xiàn)護環(huán)下絕緣瓦塊燒穿，汽側 S 極#7、#8 線包表層線匝有短路痕跡，其間絕緣隔板被燒成深 15mm、長 100mm的溝槽，#8 線包表層線匝燒成缺口，面積為 9mm× 10mm，密封瓦及轉子軸頸大面積燒傷，大軸磁化。事故原因是制造過程中端部遺留有金屬異物，經長期運行使得線匝短路。

又如某電廠#1 發(fā)電機．l993 年 3 月投入運行，轉子頻繁出現(xiàn)不穩(wěn)定接地信號，數(shù)次進行技術處理，消除接地點。1998 年 6 月，機組消除缺陷后在啟動中出現(xiàn)發(fā)電機#5、#6 瓦軸振增大問題。重新檢查轉子繞組時，發(fā)現(xiàn)最小一套線包(最里面)引至滑環(huán)的軟連接線呈 形，與第二套線包底匝銅導線短路，后在現(xiàn)場處理恢復運行。

再如某電廠#4 雙水內冷發(fā)電機于 l995 年 12月突然發(fā)生轉子滑環(huán)著火事故。事后檢查，發(fā)現(xiàn)正極滑環(huán)燒毀、刷架燒焦、負極引線入口處燒成橢圓形空洞 (約 40mm × 50mm × 60mm)，2/3 以上銅皮引線截面燒斷，從整流柜接到正極滑環(huán)的6根電纜長達 600mm 絕緣及銅鼻子被燒毀，原因是轉子繞組先發(fā)生一點接地后發(fā)展為正負極短路。