大型汽輪發電機定子繞組端部振動管窺

芮冬梅

（哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 概述

隨著科學技術不斷進步，汽輪制造工業水平有了明顯提升，其主要表現就是在發電機容量上逐漸增加，大型發電機的研究與使用，促進了大型汽輪制造業全面發展。然而，隨著大功率電機的大批量使用，也帶來了汽輪發電機定子端部繞端部振動導致各類問題，成為了社會討論的熱點話題。因此，我們在追求大容量電機在大型汽輪制造應用的同時，也要給予其電機定子繞組端部振動問題高度重視，本文對大型汽輪發電機定子端部繞組的振動問題進行研究，這是一次很有遠見的研究，從中能夠獲取一些意想不到的收獲。由于電機定子繞組端部振動影響因素有很多，研究過程會很困難，所以我們要合理的劃分其研究內容，這樣才能使得研究極具條理性。

2 對發電機定子繞組端部振動問題探究

定子鐵心處于氣隙磁場中，它很容易受到場內范圍電磁力影響，其影響程度與氣隙磁場大小有直接關系。通常為了研究方便，需要將電磁力劃分為切向與徑向兩個分量，切向分量作用在電樞齒上會與點此距產生的反作用力相互抵消，在其交叉區域內會產生更大的電磁振動，而徑向分量使得鐵心作橢圓型振動。繞組在不承載條件下，雖然電流流量不大，但是還會引起線棒振動明顯，這部分振動是因鐵心導致的。繞組在槽內某些載流導體會因垂直于槽壁的橫向磁場作用形成徑向作用力，因為主磁場大部分要流經磁阻相對不大的齒，槽內徑向磁場也不大，所以槽內線棒形成的切向作用力也不會太大。與電機其他構件相比，繞組端部會凸顯在磁場外部，它的形狀不規則、內部磁場分布物規律，想要對繞組端部受力情況分析難度較大。概括的說，發電機定子繞組端部除了需要承受地磁力作用外，還需承受槽內部分與定子鐵心振動影響，而產生振動的關鍵原因就是徑向力和切向力存在。

如果槽內線棒設置穩定，就算是受到電磁力影響其振動效果也不會很明顯，通過對電機定子繞組端部分析，在漸開線起始位置固定比較容易，當鼻端固定時難度加大，其剛性不好，通常情況下，在此處振動表現明顯，為此鼻端更要做好振動保護措施。如果在端部繞組加上特定頻率為100Hz時，會產生共振現象，此狀態如果時間持續較長，那么增大定子端部構件間摩擦力，加大構件磨損率，減少使用壽命。值得注意的是，在電機定子安裝過程中，一定要提高注意力，很多電機定子端部故都是由于安裝過程中人員粗心所致，比如螺母擰不緊，就會導致端部繞組絕緣面破壞，致使繞組構件件相連而出現電路短路，造成重大事故。

3 固有頻率發生變化的原因分析

3.1 溫度差異導致端部模態變化

當發電機處于工作狀態時，其自身的溫度會會遠遠超出周圍環境溫度，并會受負荷變化不斷發生變化。發電機在工作條件下，機內溫度會持續上升，其內部各構件在溫度較高條件下，端部整體的剛度有所下降，模態頻率也會逐漸下降，所以電流頻率是會受到溫度會受溫度影響而發生變化。通過對多次試驗數據研究得知，通常情況下溫度對不用范圍內頻率影響程度相差較大。機組結構形式差異對其影響也會很明顯，比如利用氫氣冷卻的發電機，它的端部繞組是處于氫氣制冷條件下，冷卻效果明顯高于普通制冷方式。所以電機端部繞組固有模態頻率基本保持不變。

3.2 絕緣老化度引起模態變化

對于長期使用的大型汽輪發電機損耗嚴重，如果不對其進行定期檢修，難免導致其絕緣皮老化程度加劇，導致機器內部構件間不能充分連接，機械強度降低、整體性能達不到要求，模態指標呈逐漸減弱趨勢，并且隨著發電機使用年限繼續增加，端部模太頻率下降趨勢表現更加明顯，此外，振幅會逐漸增大，因此，在對大型汽輪發電機檢修時，要對各個工序都要給予高度重視，確保各部分零件都能夠得到妥善養護。

3.3 引線問題引發模態發生變化

大型汽輪發電機定子繞組的引線通常是六根，且全部由勵磁機側引出。汽側的端部繞組在結構上通常是呈軸對稱，而勵側是定子繞組引線處，所以結構相對較復雜，過渡引線通常為半圓型，固定于絕緣支架背面上，它達到了強化整個端部固定性的目的。由于汽勵兩側的端部繞組結構上存在差異，導致其模態也會有所不同，而引線處正好為相帶重合處，端部的汽勵兩側分別為相同線棒的兩個末端，彼此間關聯緊密，所以汽勵兩側的模態會相互制約。

4 大型汽輪發電機定子繞組端部振動改進策略

4.1 對機組進行定期維護

對機組進行及時合理的維護，這是大型汽輪發電機定子繞組端部正常運行的前提。在汽輪發電機定子繞組端部要采取特殊的保護措施，例如增設支撐板與絕緣支撐結構等，這樣能夠確保定子運轉摩擦力減少，有更好的性能，對其絕緣性材料選擇要遵循不斷裂、不走形、耐腐等原則。

4.2 重視輔助工作

有些輔助工作往往是造成大型汽輪發電機定子繞組端部振動的主要原因，例如引線太長、支撐點不夠等結構，常常被人們所忽視。為了保證大型汽輪發電機穩定運轉，在對機組進行大修時，要適當設置一些支撐梁等設施，對于軸線位置偏離的定子，要進行及時的糾正或采取加固措施。

4.3 合理確定工作頻率

汽輪發電機定子繞組端部一定要避開固有頻率，電機廠也對每一次電機振動模態測試結果準確記錄，并及時將相關信息轉交給發電廠，為后期上級檢查節省時間；對于根據實際要求調整過的發點機組要對其特殊部位進行反復檢查，將機組附加不同的測試條件，對其振幅與頻率測量后結構必須符合規范要求。

4.4 改進引線手包的成型工藝

改進引線手包的成型工藝可以有效減少發電機定子內部短路造成的事故。要提高手包絕緣段的完整性與結合性，對機組建立工作要嚴格執行，確保機組高質量，對重要的工序要拍專業人士管理，對不規范施工行為要進行嚴格處理。

4.5 優化發電機內部工藝

發電機“弓”形連接線應選取絕緣夾板固定方式與其它合理措施來固定；發電機定子繞組槽口墊塊和定子繞組端部處，一定需用滌玻繩加固，缺少該項措施的要及時改進。

結語

綜上所述，隨著我國社會主義不斷進步，對大型汽輪發電機的使用量會呈上升趨勢，而受各種條件影響，大型汽輪發電機定子繞組端部振動問題嚴重，也由此而引發了很多事故發生，從某種程度上說，這給我們指明了大型汽輪發電機未來的研究方向，要通過對其不斷的理論研究與實踐相結合，探索出一條最佳的解決此問題途徑，這樣就能夠為我國型汽輪發電機長遠的發展打下堅實的基礎，相信在黨的英明指導下，再加上相關研究人員的不懈努力，我們一定會迎來大型汽輪發電機更加美好的明天。

[1]陳偉梁，徐博侯，黃磊.大型汽輪發電機定子繞組端部的振動分析[J].浙江大學學報（工學版），2010，9（8）：123-125.

[2]徐佩偉.大型燃氣透平發電機繞組端部事故的預防措施[J].上海大中型電機，2011，15(2):89-91.