田灣核電站發電機定子端部引線振動的緩解

周正平

(江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042)

汽輪發電機在運行過程中，定子將受到轉子磁拉力作用，產生兩倍系統頻率的交變力而形成強迫振動。對于全速汽輪發電機組，其所受的交變力為100 Hz，倘若發電機定子橢圓模態或引線的固有頻率等于或接近100 Hz，就可能發生共振，即產生很大的振動，影響機組的正常運行，甚至發生事故。隨著發電機單機容量的增大，定子繞組的電路增大，線棒及端部繞組所受的交變力也將隨之增大，若發電機端部設計不合理，則共振問題更加突出[1][2]。

由于端部設計不合理造成發電機定子端部振動大，在機組檢修期間很難能從根本上進行解決，僅能進行局部改善，另外需要機組停機才能進行處理。為降低引線振動，避免停機，本文總結了機組功率運行期間發電機端部引線振動緩解的試驗和結論。

1 田灣核電站一期工程發電機的缺陷及振動監測

田灣核電站一期工程發電機是由俄羅斯電力聯合制造廠生產的TBB-1000-2у3型三相同步汽輪發電機，有功功率為1060 MW，其轉子繞組和定子鐵芯采用氫氣冷卻，定子繞組采用水冷，勵磁系統采用無刷勵磁。

根據發電機端部歷次大修期間的檢查情況，以及國內發電機制造廠及科研單位的分析，發電機端部繞組結構設計上存在著薄弱環節。在發電機正常功率運行期間，發電機端部引線存在振動大缺陷，多次導致發電機端部引線出現裂紋、軟連接斷裂，從而引起機組停機進行小修[3]。

為掌握運行期間發電機端部引線的振動狀態，根據歷史缺陷信號和檢查結果和測量的固有頻率，獲取了發電機端部引線結構的薄弱部位，并在薄弱部位安裝了振動監測傳感器，增加發電機端部引線振動監測系統，其監測主界面如圖1所示：

圖1 田灣核電站發電機定子端部振動監測主界面Fig.1 The generator stator vibration monitoring interface of Tianwan NPP

機組功率運行期間，根據發電機端部引線振動監測系統的實時數據，發現2號機組發電機C6出線的振動值最大，均值達到600 μm左右。

為此，機組運行期間開展了2號機組發電機C6引線振動的緩解工作，在發電機正常功率運行期間(維持有功功率不變)，通過工藝參數的綜合控制，來緩解發電機端部C6引線的振動狀態，避免端部引線出現疲勞裂紋或斷裂等故障。

2 試驗準備和過程

在機組功率過程運行過程中，通過調整發電機的工藝參數來緩解端部引線振動，存在一定的風險，因為若參數調整不當，工藝參數突變，則可能導致聯鎖保護導致機組跳機；同時若調整不合理，端部引線振動有可能增大，導致端部引線出現故障，這對于振動大的端部引線尤為重要。

為保證工藝參數調整后的效果，工藝參數調整前，開展了一系列相關分析工作，包括：

1)在機組運行期間觀察發電機端部C6引線振動和相關運行參數變化間的關系，采集數據，通過統計分析，初步判斷影響發電機端部引線振動的相關因素；

2)根據判斷影響發電機端部C6引線振動的相關因素的結果，制定相應的運行控制方案，并編制現場作業操作單。

根據發電機端部引線振動監測系統監測的數據，初步篩選出影響C6引線振動的影響因素，包括無功功率、發電機膛內氫氣溫度、發電機定子冷卻水溫度。

根據作業操作單，現場進行相關工藝參數的運行控制，驗證工藝參數變化過程中端部引線的振動變化。田灣核電站依據制定的操作單，于2012年6月至2013年3月對2號發電機端部C6引線振動實施了緩解控制，具體包括：

1)進行了5次發電機定子冷卻水溫度的調整；

2)進行了5次發電機膛內熱氫溫度的調整；

3)進行了1次無功功率的調整。

3 試驗結果

3.1 發電機端部C6引線和定子冷卻水溫度的關系

在機組功率運行期間，通過調節發電機定子冷卻水系統換熱器的冷源閥門開度，從而控制發電機定子冷卻水的入口溫度，觀察發電機端部C6引線振動值變化。共進行了5次發電機定子冷卻水溫度調整試驗，其中一次調整過程中冷卻水溫度和C6引線振動值的關系曲線如圖2：

圖2 升高定冷水溫度期間C6引線振動變化趨勢Fig.2 The vibration change trend of C6 wire when the cooling water temperature rises

通過多次發電機定子冷卻水溫度調整試驗，得出如下關系：

提高發電機定子冷卻水溫度，發電機端部C6引線振動值下降，且提高發電機定子冷卻水溫度1度，C6引線振動下降5～7 μm左右。

3.2 發電機端部C6引線和發電機膛內熱氫溫度的關系

機組功率運行期間，通過手動調節發電機氫氣冷卻器入口冷卻水閥門的開度，控制冷卻水流量，從而控制發電機膛內熱氫的溫度，觀察發電機端部C6引線振動值變化。共進行了5次發電機膛內熱氫氣溫度的調整試驗，其中一次調整過程中發電機膛內熱氫溫度和C6引線振動值的關系曲線如圖3：

圖3 氫冷器流量調整前后C6振動變化情況Fig.3 C6 vibration changes duringadjustment of the hydrogen cooler flow

通過多次發電機膛內熱氫氣溫度的調整試驗，得出如下關系：

提高發電機膛內熱氫溫度，發電機端部C6引線振動值下降，且提高發電機膛內熱氫溫度1 ℃，C6引線振動下降15～18 μm左右。

3.3 發電機端部C6引線和無功功率的關系

機組功率運行期間，在允許的范圍內，通過手動調節發電機無功功率，觀察發電機端部C6引線振動值變化。共進行了1次發電機無功功率的調整試驗，調整過程中無功功率和C6引線振動值的關系曲線如圖4。

圖4 調整前后無功功率和C6引線振動趨勢圖Fig.4 C6 vibration changes during reactive power adjustment

從圖4可以看出，無功功率和C6引線的振動趨勢一致，具體為：降低發電機無功功率，發電機端部C6引線振動值下降，且降低發電機無功功率10 MV，C6引線振動下降6 μm左右。

3.4 試驗結果的應用

在機組滿功率運行期間，根據多次試驗結果的實施，得出了相關工藝參數和C6引線振動值的關系。為控制發電機C6引線的振動值，根據以上結論，在機組功率運行過程中對工藝參數進行了優化調整，具體包括：

1)手動控制無功功率在允許的最低值；

2)在保證發電機定子繞組、鐵芯溫度要求下，提高發電機膛內熱氫溫度；

3)在保證發電機定子線棒出水溫度的要求下，提高發電機定子冷卻水溫度。

4 結論

針對俄供發電機端部引線振動缺陷，開展了端部引線振動監測和緩解的研究工作，提出了整個工作過程中的工作流程，統計出影響發電機端部引線振動的相關工藝參數，并在運行機組上進行了實施驗證，得出了不同工藝參數變化后對端部引線振動的影響程度。

今后在面對發電機端部引線振動缺陷后，可依據該試驗的相關成果，在維持發電機有功功率不變的情況下，通過工藝參數的調整，來緩解端部引線的振動狀態，從而保障機組的安全穩定運行，創造相應的經濟效益。