大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部振動管窺

芮冬梅

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 概述

隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，汽輪制造工業(yè)水平有了明顯提升，其主要表現(xiàn)就是在發(fā)電機(jī)容量上逐漸增加，大型發(fā)電機(jī)的研究與使用，促進(jìn)了大型汽輪制造業(yè)全面發(fā)展。然而，隨著大功率電機(jī)的大批量使用，也帶來了汽輪發(fā)電機(jī)定子端部繞端部振動導(dǎo)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(jī)在大型汽輪制造應(yīng)用的同時，也要給予其電機(jī)定子繞組端部振動問題高度重視，本文對大型汽輪發(fā)電機(jī)定子端部繞組的振動問題進(jìn)行研究，這是一次很有遠(yuǎn)見的研究，從中能夠獲取一些意想不到的收獲。由于電機(jī)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(nèi)容，這樣才能使得研究極具條理性。

2 對發(fā)電機(jī)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(nèi)范圍電磁力影響，其影響程度與氣隙磁場大小有直接關(guān)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(chǎn)生的反作用力相互抵消，在其交叉區(qū)域內(nèi)會產(chǎn)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(dǎo)致的。繞組在槽內(nèi)某些載流導(dǎo)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(jīng)磁阻相對不大的齒，槽內(nèi)徑向磁場也不大，所以槽內(nèi)線棒形成的切向作用力也不會太大。與電機(jī)其他構(gòu)件相比，繞組端部會凸顯在磁場外部，它的形狀不規(guī)則、內(nèi)部磁場分布物規(guī)律，想要對繞組端部受力情況分析難度較大。概括的說，發(fā)電機(jī)定子繞組端部除了需要承受地磁力作用外，還需承受槽內(nèi)部分與定子鐵心振動影響，而產(chǎn)生振動的關(guān)鍵原因就是徑向力和切向力存在。

如果槽內(nèi)線棒設(shè)置穩(wěn)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(jī)定子繞組端部分析，在漸開線起始位置固定比較容易，當(dāng)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(xiàn)明顯，為此鼻端更要做好振動保護(hù)措施。如果在端部繞組加上特定頻率為100Hz時，會產(chǎn)生共振現(xiàn)象，此狀態(tài)如果時間持續(xù)較長，那么增大定子端部構(gòu)件間摩擦力，加大構(gòu)件磨損率，減少使用壽命。值得注意的是，在電機(jī)定子安裝過程中，一定要提高注意力，很多電機(jī)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(dǎo)致端部繞組絕緣面破壞，致使繞組構(gòu)件件相連而出現(xiàn)電路短路，造成重大事故。

3 固有頻率發(fā)生變化的原因分析

3.1 溫度差異導(dǎo)致端部模態(tài)變化

當(dāng)發(fā)電機(jī)處于工作狀態(tài)時，其自身的溫度會會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出周圍環(huán)境溫度，并會受負(fù)荷變化不斷發(fā)生變化。發(fā)電機(jī)在工作條件下，機(jī)內(nèi)溫度會持續(xù)上升，其內(nèi)部各構(gòu)件在溫度較高條件下，端部整體的剛度有所下降，模態(tài)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(fā)生變化。通過對多次試驗數(shù)據(jù)研究得知，通常情況下溫度對不用范圍內(nèi)頻率影響程度相差較大。機(jī)組結(jié)構(gòu)形式差異對其影響也會很明顯，比如利用氫氣冷卻的發(fā)電機(jī)，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(jī)端部繞組固有模態(tài)頻率基本保持不變。

3.2 絕緣老化度引起模態(tài)變化

對于長期使用的大型汽輪發(fā)電機(jī)損耗嚴(yán)重，如果不對其進(jìn)行定期檢修，難免導(dǎo)致其絕緣皮老化程度加劇，導(dǎo)致機(jī)器內(nèi)部構(gòu)件間不能充分連接，機(jī)械強(qiáng)度降低、整體性能達(dá)不到要求，模態(tài)指標(biāo)呈逐漸減弱趨勢，并且隨著發(fā)電機(jī)使用年限繼續(xù)增加，端部模太頻率下降趨勢表現(xiàn)更加明顯，此外，振幅會逐漸增大，因此，在對大型汽輪發(fā)電機(jī)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(yǎng)護(hù)。

3.3 引線問題引發(fā)模態(tài)發(fā)生變化

大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組的引線通常是六根，且全部由勵磁機(jī)側(cè)引出。汽側(cè)的端部繞組在結(jié)構(gòu)上通常是呈軸對稱，而勵側(cè)是定子繞組引線處，所以結(jié)構(gòu)相對較復(fù)雜，過渡引線通常為半圓型，固定于絕緣支架背面上，它達(dá)到了強(qiáng)化整個端部固定性的目的。由于汽勵兩側(cè)的端部繞組結(jié)構(gòu)上存在差異，導(dǎo)致其模態(tài)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(cè)分別為相同線棒的兩個末端，彼此間關(guān)聯(lián)緊密，所以汽勵兩側(cè)的模態(tài)會相互制約。

4 大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部振動改進(jìn)策略

4.1 對機(jī)組進(jìn)行定期維護(hù)

對機(jī)組進(jìn)行及時合理的維護(hù)，這是大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部正常運(yùn)行的前提。在汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部要采取特殊的保護(hù)措施，例如增設(shè)支撐板與絕緣支撐結(jié)構(gòu)等，這樣能夠確保定子運(yùn)轉(zhuǎn)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(fā)電機(jī)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(jié)構(gòu)，常常被人們所忽視。為了保證大型汽輪發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，在對機(jī)組進(jìn)行大修時，要適當(dāng)設(shè)置一些支撐梁等設(shè)施，對于軸線位置偏離的定子，要進(jìn)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(fā)電機(jī)定子繞組端部一定要避開固有頻率，電機(jī)廠也對每一次電機(jī)振動模態(tài)測試結(jié)果準(zhǔn)確記錄，并及時將相關(guān)信息轉(zhuǎn)交給發(fā)電廠，為后期上級檢查節(jié)省時間；對于根據(jù)實際要求調(diào)整過的發(fā)點機(jī)組要對其特殊部位進(jìn)行反復(fù)檢查，將機(jī)組附加不同的測試條件，對其振幅與頻率測量后結(jié)構(gòu)必須符合規(guī)范要求。

4.4 改進(jìn)引線手包的成型工藝

改進(jìn)引線手包的成型工藝可以有效減少發(fā)電機(jī)定子內(nèi)部短路造成的事故。要提高手包絕緣段的完整性與結(jié)合性，對機(jī)組建立工作要嚴(yán)格執(zhí)行，確保機(jī)組高質(zhì)量，對重要的工序要拍專業(yè)人士管理，對不規(guī)范施工行為要進(jìn)行嚴(yán)格處理。

4.5 優(yōu)化發(fā)電機(jī)內(nèi)部工藝

發(fā)電機(jī)“弓”形連接線應(yīng)選取絕緣夾板固定方式與其它合理措施來固定；發(fā)電機(jī)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(jìn)。

結(jié)語

綜上所述，隨著我國社會主義不斷進(jìn)步，對大型汽輪發(fā)電機(jī)的使用量會呈上升趨勢，而受各種條件影響，大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部振動問題嚴(yán)重，也由此而引發(fā)了很多事故發(fā)生，從某種程度上說，這給我們指明了大型汽輪發(fā)電機(jī)未來的研究方向，要通過對其不斷的理論研究與實踐相結(jié)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(fā)電機(jī)長遠(yuǎn)的發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)，相信在黨的英明指導(dǎo)下，再加上相關(guān)研究人員的不懈努力，我們一定會迎來大型汽輪發(fā)電機(jī)更加美好的明天。

[1]陳偉梁，徐博侯，黃磊.大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部的振動分析[J].浙江大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2010，9（8）：123-125.

[2]徐佩偉.大型燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)繞組端部事故的預(yù)防措施[J].上海大中型電機(jī)，2011，15(2):89-91.