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两台进口600MW汽轮发电机防止定子绕组端部损坏的技术改造措施

发布时间：2011/4/12 阅读次数：3533 字体大小: 【小】【中】【大】

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摘要：两台日本进口的600MW大型汽轮发电机，投产之前发现设备质量存在问题，定子绕组端部共振特性试验结果不满足订货合同，为此我们对相关的发电机定子绕组端部振动问题进行了深入研究，为保证设备能够长期安全稳定运行，我们与日方共同在发电机上采取了一些必要的技术改造措施。本文介绍了技术改造的经过和实际效果。

关键词：发电机　定子绕组端部　振动特性试验　振动在线监测

1　引言

发电机定子绕组损坏是严重威胁电网安全运行的重大设备故障，因修复难度大和抢修时间长，往往给发电企业造成巨大的经济损失和恶劣的社会影响。在原国家电力公司发布的《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》[1]中特别述及了防止发电机定子绕组端部损坏事故的具体措施，强调了应当避免发电机定子绕组端部存在双倍工频的共振问题。

2002年托克托发电公司一期工程两台日立公司生产600MW汽轮发电机安装调试期间，发现定子绕组端部汽侧和励侧都存在100Hz左右的模态频率，而且振型为椭圆，没有达到原订货合同中规定的"共振频率应避开95Hz~108Hz"的要求，也不符合我国电力行业标准DL/T 735-2000《大型汽轮发电机定子绕组端部动态特性的测量及评定》[2]对新投产机组的规定：绕组端部应避开94Hz~115Hz固有频率的要求。为了进一步确认该发电机实际情况，中日双方共同对发电机定子绕组端部的固有频率和模态进行了对比性测试。试验结果如下表：

表1　日立公司和华北电科院对两台发电机的试验数据对比表

从试验结果可以看出，中日双方的试验仪器完全不同，测试方法也不完全一样，但试验结果非常接近，在判断发电机定子绕组端部的动态特性方面没有原则和本质上的区别，试验结果是可靠的，都表明两台发电机存在定子绕组端部振动特性问题，即接近100Hz的椭圆振型使得发电机运行时可能产生共振现象，由此可能造成绕组端部振动过大，可能进一步引发定子绕组损坏事故。

为此，中日双方对这两台发电机可能存在的问题和能够采取的技术改造措施进行了深入细致的研究，最后确定了安装光纤测振装置，实时在线监测发电机定子绕组端部振动的技术措施。

这两台发电机的运行实践，使我们加深了对定子绕组端部振动特性问题的理解，其技术改造措施对确保发电机安全运行起到了关键作用，我们的实践相信对其它电厂的发电机试验和检修人员也有一定参考和指导意义，特把有关情况汇总如下。

2　对发电机定子绕组端部动态特性试验数据的分析

2.1　与同型发电机的类比调查

据了解，邹县电厂的两台日立600MW发电机自1996年和1997年投产，至今运行良好。根据日立公司的介绍，为托克托电厂生产的600MW发电机与邹县电厂的日立600MW发电机基本电气参数都一样，但定子绕组端部结构在水电接头内部做了重大改动，把原来的水电分路改成重量较轻的水电同路结构，端部的紧固方式也有一定改进，因此两种发电机的端部动态特性完全不同，在共振问题上无可比性。故邹县的发电机运行已经6年多（5号机1996年11月投运、6号机1997年11月投运），并且经过大修检查未见异常，不能说明托电的发电机没问题。

托电的发电机属于局部新设计机型，第一台1998年12月在新加坡投产，根据日立公司的出厂试验结果，新机型的定子绕组端部对振动冲击力的响应明显降低，耐受冲击能力较强。但新加坡的日立发电机运行时间依然较短，还不足以完全暴露振动问题，根据我们的运行经验，振动问题产生的松动和磨损现象短则数月，一般一年左右有可能使振动问题基本暴露出来，故国际大电网会议曾建议投产第一年后要检查端部结构。新加坡的两台发电机一台98年12月投运，2000年2月抽转子检查；另一台机99年9月投运，2000年11月抽转子检查，现在仍正常运行，此例对说明该机型不会在较短时间（2~3年）内即发生振动问题，有较强说服力，但毕竟停机检查间隔仍然较短，根据经验，有的发电机也有可能运行更长时间才暴露松动和磨损的振动问题，故不能认为该发电机今后长期运行一定不会发生振动问题。

2.2　固有频率试验数据与实际运行时振动状况的关系

固有频率与激振力频率接近时物体会发生共振，发电机的电磁激振力是100Hz，振型为椭圆，所以应该避免发电机定子绕组端部存在接近100Hz的固有频率。发电机模态试验是测量定子绕组端部的固有频率和振型，当确认存在100Hz左右的椭圆振型时说明有可能与运行中的电磁激振力产生共振，众所周知，只要共振振动幅值就会急剧增大。

深入的研究需要首先解决两个疑问，一个是固有频率试验不合格是否表明发电机一定会共振，另一个是如果共振了振动振幅是否一定超过安全标准限度。

第一个问题并不难回答，理论和实践都证明实际并不一定共振。因为共振与共振峰带宽有关系，当固有频率接近共振频率时，只要仍未进入共振峰带宽中心区就形不成共振，发电机定子绕组端部共振峰带宽一般为±（1Hz~2Hz），也就是说频率差几个Hz左右就可能形不成共振。正因为这样，如果试验数据表明固有频率远离共振频率，则发电机肯定是安全的，这也是该试验的重要性所在。

其次，固有频率与温度有关系，发电机定子绕组端部冷态测量的固有频率值，运行时可能下降1Hz~10Hz，随不同结构和冷却方式而有所差异，（日立公司介绍了该机型的试验数据，在热态时固有频率下降了接近10个Hz）。因此，现有的模态试验数据并不表明运行时一定会产生共振，更不能说明定子绕组端部振动幅值就一定会超标。

根据陡河电厂7号发电机的经验[3]，实测汽侧、励侧都存在107Hz左右的椭圆振型，安装振动在线监测装置已经5年了（1999年夏开始），没有振动超标，一般在100μm以下，最大一点到过178μm（哈尔滨电机厂最初给的振动报警监测临时标准是超过150μm或突变超过50μm注意观察，超过250μm应减负荷并考虑停机检查），因实际情况较好，一般均低于报警限值，甚至达到制造厂的优级标准，故一直正常运行，由此说明模态试验不合格与振动幅值不合格之间无必然联系。

第二个问题比较难于简单答复，涉及具体的振动结构和振动标准是否合理等问题。与振动幅值密切相关的振动特性参数“模态阻尼”表示对实际振动幅值的抑制力大小，1号发电机在100Hz以上的模态频率的阻尼都大于1，说明端部的紧固结构比较好，对振动具有较大的约束力。鉴于日方提供的冲击试验的数据非常理想，振动约束面的设计也比较先进，静态测量的模态阻尼也比较大，我们认为即使共振时振动幅值仍然不超过厂家规定的可能性是存在的，随后的振动监测证实了这一推测。但厂家提供的振动标准是否合理是另一个问题，需要比较多个厂家的标准，同时还要经过长期实践的检验。

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1 引言

2 对发电机定子绕组端部动态特性试验数据的分析

1　引言

2　对发电机定子绕组端部动态特性试验数据的分析