大型汽輪發(fā)電機(jī)定子端部繞組的電磁固體振動(dòng)問(wèn)題研究

1、    大型汽輪發(fā)電機(jī)定子端部繞組的電磁固體振動(dòng)問(wèn)題研究    張楊【摘 要】隨著發(fā)電機(jī)的容量隨著需求在不斷增加，大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部振動(dòng)是機(jī)器運(yùn)行中不可忽略的問(wèn)題，振動(dòng)過(guò)大會(huì)引起發(fā)電機(jī)故障。大型汽輪發(fā)電機(jī)定子端部繞組部振動(dòng)的安全性與可靠性，直接影響著整個(gè)機(jī)組和電網(wǎng)的工作狀況。本文介紹了發(fā)電機(jī)定子繞組端部振動(dòng)的有關(guān)知識(shí)，分析了影響振動(dòng)的相關(guān)因素，提出了大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部振動(dòng)固定結(jié)構(gòu)和振動(dòng)計(jì)算方法，以及防止振動(dòng)的具體措施?！娟P(guān)鍵詞】汽輪發(fā)電機(jī)；定子；振動(dòng)隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)日益向超高壓和遠(yuǎn)距離輸電方向發(fā)展。電力行業(yè)中發(fā)電機(jī)的大容

2、量、大輸出是未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。隨著汽輪發(fā)電機(jī)組及水輪發(fā)電機(jī)組向超大型發(fā)展，特別是高壓、大電流的進(jìn)一步提高，進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)的振動(dòng)，定轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的機(jī)電耦聯(lián)振動(dòng)、穩(wěn)定性及動(dòng)強(qiáng)度出現(xiàn)新問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致事故的發(fā)生。汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部的振動(dòng)的設(shè)計(jì)和制造中越來(lái)越引起重視的問(wèn)題。大型汽輪發(fā)電機(jī)定子端部繞組部振動(dòng)的安全性與可靠性，直接影響著整個(gè)機(jī)組和電網(wǎng)的工作狀況，如果振動(dòng)過(guò)大，會(huì)引起主絕緣磨損等，影響機(jī)組的安全運(yùn)行，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重的事故，因此，逐步掌握定子繞組端部的振動(dòng)規(guī)律，防止共振發(fā)生，這就是對(duì)定子繞組端部結(jié)構(gòu)的固有頻率進(jìn)行研究的目的。汽輪發(fā)電機(jī)端部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系到發(fā)電機(jī)端部繞組的振動(dòng)大小，因此振動(dòng)測(cè)試手段

3、與方法也需要不斷改進(jìn)與提高。目前， 壓電加速度測(cè)量系統(tǒng)更適用，它不需要考慮絕緣和屏蔽問(wèn)題。1.汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部振動(dòng)存在的問(wèn)題（1）定子端部繞組由于松動(dòng)引起絕緣磨損甚至漏銅擊穿等事故。槽內(nèi)線棒組端部結(jié)構(gòu)則類(lèi)似懸臂梁，產(chǎn)生的振動(dòng)遠(yuǎn)大于槽內(nèi)線棒，從而導(dǎo)致線棒絕緣磨損，引起事故的發(fā)生。定子端部線圈絕緣被擊穿，短路在汽機(jī)側(cè)線圈燒斷實(shí)心導(dǎo)線l5股，絕緣墊塊脫落發(fā)生振動(dòng)磨損線棒絕緣現(xiàn)象，出現(xiàn)端部空心導(dǎo)線振裂噴水。（2）大交變電磁力作用下產(chǎn)生的振動(dòng)過(guò)大問(wèn)題。隨著容量和電磁負(fù)荷的增大，大型汽輪發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定至關(guān)重要。發(fā)電機(jī)定子繞組端部的電磁力的不斷增加，振動(dòng)的穩(wěn)定性已成為確保汽輪發(fā)

4、電機(jī)正常安全運(yùn)行的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。定子繞組端部在汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行中不斷受到電磁力、機(jī)械力、電化學(xué)作用，使綁扎緊固件之間強(qiáng)度發(fā)生改變，造成繞組短路、端部線圈變形斷裂、股線疲勞、焊口滲漏水等事故，對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)的安全可靠運(yùn)行造成了極大的危害在運(yùn)行時(shí)定子端部，將導(dǎo)致繞組及其固定結(jié)構(gòu)松動(dòng)、絕緣磨損和疲勞斷裂、綁帶斷開(kāi)等現(xiàn)象而導(dǎo)致事故的發(fā)生。2.大型汽輪發(fā)電機(jī)定子端部繞組的電磁固體振動(dòng)發(fā)電機(jī)固定模式的研究隨著發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行，定子繞組的絕緣和機(jī)械強(qiáng)度會(huì)逐漸降低，振動(dòng)磨損加大，綁扎緊固之間緊度也會(huì)改變，導(dǎo)致定子繞組的振動(dòng)特性也在不斷變化。為了增強(qiáng)端部繞組的整體性。通常情況下采用壓板式固定結(jié)構(gòu)，固定結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)端部

5、采用壓板、綁環(huán)、支架的固定結(jié)構(gòu)，通過(guò)滌玻繩綁扎形成一個(gè)圓錐體；綁扎式固定結(jié)構(gòu)，是用無(wú)緯玻璃絲帶浸透環(huán)氧材料后，將汽輪發(fā)電機(jī)端部采用綁扎式固定結(jié)構(gòu)，上、下層線圈間還有4道綁環(huán)，用綁繩綁扎為一個(gè)整體；撐環(huán)與壓板相結(jié)合的固定結(jié)構(gòu)，適用于額定功率為 600mw型汽輪發(fā)電機(jī)。3.大型汽輪發(fā)電機(jī)定子端部繞組的電磁固體模型計(jì)算定子繞組端部結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，首先要確定一個(gè)簡(jiǎn)化的計(jì)算模型，根據(jù)它的幾何參數(shù)和材料參數(shù)，通過(guò)試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，對(duì)定子繞組端部的振動(dòng)特性進(jìn)行進(jìn)一步的研究。通常情況下，汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部定子線棒出定子鐵心槽處有一段直線部分，上下層線棒之間都用了玻璃纖維帶綁扎，用螺栓將線棒固定在支架上，上層與下層

6、之間用絕緣材料墊好，最后澆鑄成一體，因此這網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化成連續(xù)的殼體。定子線棒構(gòu)成的殼體于支架之間有絕緣材料的環(huán)和墊，并用壓板和螺栓之間的連接用桿單元描述。線棒構(gòu)成的殼體由結(jié)構(gòu)的實(shí)際尺寸確定，對(duì)象是汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部的 200hz以內(nèi)的自然頻率。選取當(dāng)量連續(xù)殼體模型的一些幾何和材料特性參數(shù)，求振動(dòng)的計(jì)算模型。振型變化規(guī)律為晃動(dòng)振型，橢圓振型，三角形振型，四邊形振型和五邊型振型等，改變頻率的大小，振型的變化規(guī)律就會(huì)顯示出來(lái)，計(jì)算模型的幾何形狀決定了固有頻率的振型變化規(guī)律。橢圓振型，頻率為62、三角形頻率為72.5hz、五邊形振形，頻率為88.8hz，它的計(jì)算分析和試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析都有很大的難度

7、，要充分考慮定子線棒在軸向的伸縮程度，根據(jù)試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的結(jié)果識(shí)別出模型的一些特性參數(shù)，從而得到計(jì)算結(jié)果。其中比較普遍的就是數(shù)值計(jì)算法：為了減少電磁屏蔽等因素的影響，采用有限元方法計(jì)算端部磁場(chǎng)，忽略電流和場(chǎng)量的高次空間諧波，以虛擬的氣隙回轉(zhuǎn)電流來(lái)代替氣隙的影響，得到了對(duì)定子端部繞組所受電磁力的求解，一方面求出端區(qū)各點(diǎn)的磁場(chǎng)值。另一方面是經(jīng)過(guò)一定的簡(jiǎn)化，求出各繞組間的相互作用力，得到計(jì)算電磁力的計(jì)算式。4.防止振動(dòng)的有效措施為了有效防止定子劇烈振動(dòng)產(chǎn)生安全事故，具體措施就是加強(qiáng)端部固定，防止固件的松動(dòng)和線棒絕緣磨損，避免振幅過(guò)高，保證汽輪發(fā)電機(jī)安全可靠運(yùn)行。將端部結(jié)構(gòu)分解成單個(gè)元件，計(jì)算確定各種材料的性質(zhì)，通過(guò)試驗(yàn)計(jì)算合適的邊界條件，對(duì)單個(gè)元件組合成整體進(jìn)行分析計(jì)算。由于在線狀況是處在高磁場(chǎng)、高電場(chǎng)、高溫的環(huán)境中的，其振動(dòng)特性與離線分析有一定的區(qū)別。因此直接安裝一個(gè)光學(xué)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，傳感器設(shè)計(jì)上的脈沖數(shù)量與被測(cè)振幅成正比，測(cè)量軸向和周向的振動(dòng)，就會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)磨損的部位。光傳感器采集的信號(hào)通過(guò)電信號(hào)再送入agm-p21信號(hào)處理模塊，就可以直接計(jì)算出在電動(dòng)力的作用下汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部的振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)多功能的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及報(bào)警。 科【參考文獻(xiàn)】1李偉清.汽輪機(jī)電機(jī)故障檢查分析及預(yù)防m(xù).北京：中國(guó)電力出版社，