李衛(wèi)軍，何玉靈，應(yīng)光耀，蔡文方，馬思聰

大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部狀態(tài)評估及綜合治理方法

李衛(wèi)軍1,2，何玉靈3，應(yīng)光耀1，蔡文方1，馬思聰2

（1. 國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，浙江 杭州 310014；2. 杭州意能電力技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310014；3. 河北省電力機(jī)械裝備健康維護(hù)與失效預(yù)防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（華北電力大學(xué)），河北 保定 071003）

模態(tài)試驗(yàn)分析是發(fā)電機(jī)定子繞組端部結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估的主要方法，已廣泛應(yīng)用于大型發(fā)電機(jī)檢修中?；诎l(fā)電機(jī)定子端部繞組動(dòng)特性解析與模態(tài)參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析，提出了定子繞組端部橢圓型固有頻率的適宜范圍，確定了優(yōu)秀、良好、合格對應(yīng)具體頻率區(qū)間，形成了定子端部繞組分級評價(jià)方法及故障診斷流程，在此基礎(chǔ)上給出了現(xiàn)場定子繞組剛度和質(zhì)量的模態(tài)頻率調(diào)整方法并進(jìn)行了案例檢驗(yàn)。研究結(jié)果為大型發(fā)電機(jī)組繞組端部狀態(tài)評估和綜合治理提供了借鑒，對提高發(fā)電機(jī)組工作可靠性具有參考價(jià)值。

汽輪發(fā)電機(jī)；定子端部繞組；模態(tài)頻率；振動(dòng)抑制

0 引言

大型發(fā)電機(jī)是進(jìn)行電力能量轉(zhuǎn)換的核心設(shè)備，具有容量大、效率高、安全穩(wěn)定等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各發(fā)電企業(yè)。大型發(fā)電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，端部繞組承受著較大的倍頻電磁力（100 Hz）和工頻機(jī)械沖擊力（50 Hz），若其某階固有頻率接近50 Hz或100 Hz[1-3]，則會(huì)誘發(fā)較大振動(dòng)，甚至產(chǎn)生結(jié)構(gòu)共振，導(dǎo)致定子繞組裂紋或斷裂，嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。發(fā)電機(jī)定子繞組端部的檢修，需在抽出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的情況下進(jìn)行，其檢修工期通常達(dá)20余天，給發(fā)電企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

模態(tài)測試分析是獲取定子繞組端部振動(dòng)特性的主要方法，可分析、評估其狀態(tài)，已成為檢修的決策依據(jù)[4-8]。部分大型發(fā)電機(jī)定子繞組端部模態(tài)頻率未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值[9-10]，在未處理的情況下，僅通過加裝振動(dòng)探頭監(jiān)測其振動(dòng)[11-13]，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。另外，隨著太陽能、風(fēng)能等清潔新能源的大量接入，深度調(diào)峰、頻繁啟停等將成為大型燃煤機(jī)組運(yùn)行的常規(guī)模式，應(yīng)高度重視發(fā)電機(jī)定子繞組端部的結(jié)構(gòu)故障的預(yù)防與治理，提高大型發(fā)電機(jī)組安全可靠性。

本文對發(fā)電機(jī)定子繞組端部振動(dòng)特性進(jìn)行理論分析和模態(tài)參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析，對其模態(tài)頻率的范圍進(jìn)行討論，形成了定子繞組狀態(tài)分級評估和定子繞組模態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)庫的建立方法，列舉了其狀態(tài)監(jiān)測的方法與模態(tài)頻率調(diào)整措施，為提高發(fā)電機(jī)定子繞組端部可靠性提供參考。

1 定子繞組端部固有頻率范圍分析

大型汽輪發(fā)電機(jī)大多采用水氫氫冷卻發(fā)電機(jī)，其軸瓦安裝在發(fā)電機(jī)端蓋上，定子繞組用絕緣件固定在定子鐵心上，而定子鐵心通過隔振彈簧板固定在機(jī)殼上。發(fā)電機(jī)定子繞組端部在不同頻率激振力作用下，振幅與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系為[13-15]：

機(jī)組運(yùn)行中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子會(huì)產(chǎn)生工頻離心力，即50 Hz的激振力，經(jīng)軸承座傳遞至定子鐵心及繞組。另外，發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中，定子鐵心會(huì)受到100 Hz的磁拉力作用而產(chǎn)生振動(dòng)，并將振動(dòng)傳遞到定子繞組[16]，定子繞組本身也會(huì)受到100 Hz的電磁力作用[17]，且這一電磁力會(huì)隨著電流的增大而增大，并使繞組端部產(chǎn)生同頻的振動(dòng)。因而，發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中定子端部繞組的受迫振動(dòng)以50 Hz和100 Hz分量為主。

為了避免發(fā)電機(jī)定子繞組端部出現(xiàn)較大振動(dòng)，其固有頻率應(yīng)避開一定的范圍。當(dāng)定子繞組端部模態(tài)頻率，尤其是橢圓型模態(tài)頻率接近50 Hz或100 Hz時(shí)，定子繞組端部振動(dòng)較大，甚至?xí)T發(fā)結(jié)構(gòu)共振，故定子繞組端部的模態(tài)頻率應(yīng)避開激振力頻率的10%，即不在45~55 Hz、90~110 Hz范圍之內(nèi)，甚至避開更寬的頻率范圍，使定子繞組端部振幅較小。

從隔振的角度來看，結(jié)構(gòu)件的模態(tài)頻率應(yīng)小于激振力的1.4倍[15]，或大于激振力的1.4倍；對于50 Hz、100 Hz的激振力，即定子繞組端部冷態(tài)的橢圓型模態(tài)頻率臨界值分別為35.4 Hz、70.7 Hz、140 Hz。

因此，發(fā)電機(jī)定子繞組端部的模態(tài)頻率應(yīng)不在47~58 Hz、94~115 Hz范圍內(nèi)，1階、2階橢圓型模態(tài)頻率在70 Hz左右、140 Hz左右為佳。

2 定子繞組端部試驗(yàn)?zāi)B(tài)參數(shù)分析

2.1 定子繞組端部模態(tài)參數(shù)測試

在發(fā)電機(jī)交接、檢修中、定子端部出現(xiàn)磨損等故障時(shí)，應(yīng)對發(fā)電機(jī)定子繞組端部進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)。一般采用多點(diǎn)激勵(lì)單點(diǎn)響應(yīng)的方法，通過模態(tài)測試分析軟件激勵(lì)與響應(yīng)的轉(zhuǎn)化得到單點(diǎn)激勵(lì)多點(diǎn)響應(yīng)數(shù)據(jù)，進(jìn)而獲取頻響函數(shù)曲線并計(jì)算模態(tài)參數(shù)，這是一種無損監(jiān)測方法。電力部DL/T 735-2000《大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部動(dòng)態(tài)特性的測量及評定》規(guī)定：定子繞組端部模態(tài)頻率不得在94~115 Hz范圍內(nèi)；GB/T 20140-2016《隱極同步發(fā)電機(jī)定子繞組端部動(dòng)態(tài)特性和振動(dòng)測量方法及評定》規(guī)定：定子繞組端部橢圓型模態(tài)頻率不得在95~110 Hz范圍內(nèi)。制造廠提供的質(zhì)保說明書中，均注明定子繞組端部模態(tài)頻率不得在94~115 Hz范圍內(nèi)，且運(yùn)行時(shí)的振幅小于50mm。因此，目前對100 Hz工作頻率的±10%范圍進(jìn)行規(guī)避已得到重視，但對50 Hz工作頻率的規(guī)避卻尚未受到關(guān)注。

2.2 模態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)庫的建立

近10年對某公司新生產(chǎn)的5臺(tái)660 MW機(jī)組發(fā)電機(jī)定子繞組端部進(jìn)行了模態(tài)試驗(yàn)，其定子繞組端部實(shí)體圖見圖1，將發(fā)電機(jī)定子繞組端部沿軸向2等分，徑向21等分，見圖2。試驗(yàn)采用多點(diǎn)激勵(lì)單點(diǎn)響應(yīng)的測試方法，即在發(fā)電機(jī)定子繞組錐形喇叭口某處安裝加速度探頭，在其半徑最小處為第一圈、半徑最大處為第三圈、兩者的中間部位為第二圈，每圈至少均布21個(gè)敲擊點(diǎn)。采用南京安正公司生產(chǎn)CRAS采集儀采集信號，采集力錘和振動(dòng)響應(yīng)信號進(jìn)行分析。某臺(tái)發(fā)電機(jī)定子繞組汽端的頻響函數(shù)見圖3，前3階振型見圖4~圖7，發(fā)電機(jī)定子繞組汽端的頻響函數(shù)和振型圖一致，不再列舉。

圖1 發(fā)電機(jī)定子繞組端部實(shí)體圖

圖2 汽端頻響函數(shù)圖

圖3 汽端頻響函數(shù)圖

圖4 1階橢圓形振型圖

對5臺(tái)機(jī)組試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，形成了660 MW發(fā)電機(jī)定子繞組端部模態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)庫，詳見表1。結(jié)果表明：定子繞組端部汽端、勵(lì)端的橢圓型模態(tài)頻率均在65~75 Hz、155~170 Hz之間，且各機(jī)組基本一致，不在94~115 Hz范圍內(nèi)，滿足不同部門制定的標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)組投產(chǎn)后的多年運(yùn)行過程中，定子繞組端部振動(dòng)特性良好，未出現(xiàn)振動(dòng)大、端部緊固螺栓松動(dòng)、磨損等故障，同類機(jī)組也未見相關(guān)報(bào)道。

圖5 2階橢圓形振型圖

圖6 3階三角形振型圖

圖7 4階四邊形振型圖

表1 660 MW發(fā)電機(jī)定子繞組端部模態(tài)參數(shù)

基于上述方法，形成了600 MW、1 000 MW發(fā)電機(jī)定子繞組端部模態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)庫。不同型號600 MW機(jī)組、1 000 MW發(fā)電機(jī)的模態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)見表2，某公司生產(chǎn)的1 000 MW發(fā)電機(jī)的模態(tài)參數(shù)已經(jīng)在文獻(xiàn)[10]中進(jìn)行了列舉。

表2 不同型號發(fā)電機(jī)定子繞組端部模態(tài)參數(shù)

某公司生產(chǎn)的1 000 MW發(fā)電機(jī)已大量投運(yùn)，部分定子繞組端部橢圓型模態(tài)頻率為96~121 Hz、141~151 Hz。部分定子繞組端部橢圓型模態(tài)頻率落入95~110 Hz范圍內(nèi)，對應(yīng)的阻尼均大于2%，相應(yīng)的響應(yīng)比小于0.44 (m/s2)/N，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。機(jī)組運(yùn)行10年中，未出現(xiàn)定子線棒磨損等故障；但在檢修中，部分機(jī)組緊固螺栓存在不同程度松動(dòng)。為此，在部分機(jī)組定子繞組端部加裝振動(dòng)探頭，動(dòng)態(tài)監(jiān)測定制繞組端部振動(dòng)。結(jié)果顯示，700 MW左右的機(jī)組中定子繞組振動(dòng)較大，雖然調(diào)整發(fā)電機(jī)定子冷卻水溫度可以有效抑制其振動(dòng)，但該型發(fā)電機(jī)定子繞組端部在某些條件下振動(dòng)較大，表明其安全可靠性有待提高。

2.3 橢圓型共振頻率范圍分析

最近6年，在機(jī)組基建交接、大修中，對不同型號300～1 000 MW的多臺(tái)次發(fā)電機(jī)定子繞組端部模態(tài)進(jìn)行測試、比較、分析，形成了模態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)庫。根據(jù)已建立數(shù)據(jù)庫中的模態(tài)數(shù)據(jù)，繪制直方圖，可知大多數(shù)發(fā)電機(jī)定子繞組端部橢圓型模態(tài)頻率在61.5～75.8 Hz或134.2～157.4 Hz范圍內(nèi)，見圖8、圖9。

圖8 55~75 Hz范圍內(nèi)的固有頻率直方圖

圖9 135~165 Hz的固有頻率直方圖

2.4 定子繞組端部振動(dòng)幅值的監(jiān)測

GB/T 20140-2016《隱極同步發(fā)電機(jī)定子繞組端部動(dòng)態(tài)特性和振動(dòng)測量方法及評定》規(guī)定：若定子繞組端部橢圓型模態(tài)頻率在95~110 Hz內(nèi)，未采取處理措施的應(yīng)加裝光纖式振動(dòng)傳感器，監(jiān)視其振動(dòng)狀態(tài)，并為其狀態(tài)評價(jià)提供參考。

不斷探索全科醫(yī)生規(guī)范化培訓(xùn)教學(xué)方法是培養(yǎng)合格全科醫(yī)生，進(jìn)而提升全民醫(yī)療健康服務(wù)水平的重要途徑。全科醫(yī)生培訓(xùn)教學(xué)應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持全科醫(yī)學(xué)發(fā)展方向、兼顧全科醫(yī)生自身特點(diǎn)、整合新型教學(xué)模式，并不斷在實(shí)踐中完善。線上“微課”+線下“模擬醫(yī)學(xué)教學(xué)”的教學(xué)方法在全科醫(yī)生規(guī)范化培訓(xùn)中具有理論和實(shí)踐可行性。

浙江省內(nèi)3臺(tái)630 MW、2臺(tái)330 MW機(jī)組、省外多臺(tái)600 MW、1000 MW機(jī)組的發(fā)電機(jī)，定子繞組端部模態(tài)頻率在95～110 Hz內(nèi)，在定子繞組端部加裝了光纖式振動(dòng)探頭，監(jiān)測定子繞組端部振動(dòng)。某廠1號630 MW發(fā)電機(jī)定子繞組勵(lì)端模態(tài)頻率為100 Hz，在發(fā)電機(jī)定子繞組、中心點(diǎn)A處加裝振動(dòng)探頭，監(jiān)測其振動(dòng)，定子繞組、中心點(diǎn)A處振動(dòng)值分別為126mm、113mm。頻譜分析顯示，100 Hz分量較大，也存在一定的50 Hz分量，如圖10、圖11所示。某廠4號600 MW發(fā)電機(jī)多次出現(xiàn)定子接地報(bào)警故障，定子繞組勵(lì)端橢圓振型模態(tài)頻率實(shí)測值分別為51.1 Hz、55.6 Hz，在定子繞組上加裝振動(dòng)探頭，監(jiān)測其振動(dòng)，最大振動(dòng)幅值為214mm。其頻率以50 Hz分量為主，高達(dá)193mm；100 Hz分量為107mm。結(jié)果表明50 Hz的激振力也可誘發(fā)繞組端部較大振動(dòng)，甚至產(chǎn)生共振。因此，發(fā)電機(jī)定子繞組端部振動(dòng)頻率以50 Hz、100 Hz分量為主，振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)加強(qiáng)對這兩頻率分量的監(jiān)測，同時(shí)兼顧在10~250 Hz范圍內(nèi)的其它分量。

圖10 定子繞組端部振動(dòng)頻譜圖

圖11 中心點(diǎn)振動(dòng)頻譜圖

發(fā)電機(jī)定子繞組端部加裝振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)后，若發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)定子繞組端部振動(dòng)偏大或爬升現(xiàn)象，應(yīng)采取改變氫溫、定子冷卻水溫等措施，在線抑制其振動(dòng)值。在檢修中，應(yīng)對定子繞組端部進(jìn)行加固、綁扎等處理措施，調(diào)整其模態(tài)頻率。

3 定子繞組端部機(jī)械故障診斷及綜合治理策略

根據(jù)上述分析，發(fā)電機(jī)定子繞組端部模態(tài)頻率宜在65～75 Hz、135～165 Hz范圍內(nèi)，發(fā)電機(jī)定子繞組端部的可靠性大幅提高。由此，提出發(fā)電機(jī)定子繞組端部分級評估準(zhǔn)則：當(dāng)橢圓型共振頻率在65～75 Hz、135～165 Hz范圍內(nèi)，為優(yōu)秀；當(dāng)橢圓型共振頻率不在65～75 Hz、135～165 Hz范圍，且不在94～115 Hz范圍內(nèi)，為合格；當(dāng)橢圓型共振頻率在94～115 Hz范圍內(nèi)，為不合格，需進(jìn)行調(diào)頻處理。另外，若相鄰兩次試驗(yàn)的模態(tài)頻率變化值大于5 Hz，需檢查定子繞組端部松動(dòng)、磨損情況，并進(jìn)行調(diào)頻處理。將上述準(zhǔn)則應(yīng)用于定子繞組端部故障診斷及綜合處理中，形成診斷及處理策略流程圖如圖12所示。

圖12 定子繞組端部評估及故障診斷流程圖

發(fā)電機(jī)定子繞組模態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)庫是該策略的基礎(chǔ)，應(yīng)根據(jù)不同臺(tái)次、不同型號的發(fā)電機(jī)定子繞組端部模態(tài)調(diào)試參數(shù)，不斷優(yōu)化其模態(tài)參數(shù)范圍，為其狀態(tài)評估、故障診斷提供參考。并以此為依據(jù)，為定子繞組端部頻率調(diào)整提供依據(jù)，提高其安全可靠性。

4 定子繞組端部模態(tài)頻率調(diào)整

4.1 提高模態(tài)剛度的調(diào)頻方法

模態(tài)剛度和模態(tài)頻率的平方成正比，提高模態(tài)剛度，可提高模態(tài)頻率。通過在線棒之間加裝間隔墊塊、提高線棒的綁扎工藝、上下層線棒通過徑向絕緣螺栓固定等措施，可提高其模態(tài)頻率，有效避免共振現(xiàn)象。這種方法常被應(yīng)用于電廠發(fā)電機(jī)定子端部動(dòng)力學(xué)修改中，臺(tái)州8號、半山9號、余姚3號、北侖3號等多臺(tái)發(fā)電機(jī)定子繞組端部進(jìn)行緊固螺栓、重新綁扎等措施，有效提高了其模態(tài)頻率，其安全可靠性得到提高。

4.1.1 某廠8號發(fā)電機(jī)定子繞組端部故障診斷與處理

表3 發(fā)電機(jī)定子繞組勵(lì)端橢圓型模態(tài)頻率列表

對裂紋部件進(jìn)行焊接，并對松動(dòng)螺栓進(jìn)行緊固。2011年11月27日試驗(yàn)表明，定子繞組勵(lì)端橢圓型模態(tài)頻率為55.6 Hz、120.9 Hz，其2階橢圓型模態(tài)頻率提高至120.9 Hz，提高了11.1 Hz，和數(shù)據(jù)庫中的頻率大致相當(dāng)。同時(shí)其模態(tài)剛度隨著模態(tài)頻率提高而增大，結(jié)構(gòu)特性得到明顯改善。8號發(fā)電機(jī)在檢修后3年的運(yùn)行中，定子繞組端部未發(fā)生磨損、裂紋等故障，安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4.1.2 某廠3號發(fā)電機(jī)定子繞組端部故障診斷與處理

某廠#3機(jī)組選用日本東芝公司生產(chǎn)的600 MW水氫氫冷卻發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)定子繞組勵(lì)端的3次模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果見表4。2015年10月23日對其進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其勵(lì)端橢圓型共振頻率為64.1 Hz和101.4 Hz，101.4 Hz位于95~114 Hz區(qū)間內(nèi)，表明發(fā)電機(jī)定子繞組勵(lì)端的相關(guān)部件可能存在裂紋或損壞。檢查發(fā)現(xiàn)：發(fā)電機(jī)定子繞組勵(lì)端存在多處黃粉，1點(diǎn)鐘處磨損，11點(diǎn)鐘處有破裂，然后對其進(jìn)行加固、綁扎。

表4 發(fā)電機(jī)定子繞組勵(lì)端各階模態(tài)參數(shù)

2015年11月6日上午處理后的模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果表明：發(fā)電機(jī)定子繞組勵(lì)端的橢圓型共振頻率為68.5 Hz、104.8 Hz，較處理前橢圓型振動(dòng)頻率64.1 Hz、101.4 Hz均有所提高，即發(fā)電機(jī)定子繞組勵(lì)端剛度、強(qiáng)度有所提高，發(fā)電機(jī)定子繞組勵(lì)端的可靠性得到提高。其共振頻率為101.4 Hz，阻尼為3.2%，即使發(fā)生共振，最大振動(dòng)幅值較小，誘發(fā)發(fā)電機(jī)定子繞組端部故障的可能性較小。

為了徹底消除該隱患，在機(jī)組運(yùn)行2年后的檢修中，對定子繞組勵(lì)端進(jìn)行加裝墊塊并重新綁扎的動(dòng)力學(xué)優(yōu)化改造。技改后，其橢圓形共振頻率為70 Hz，分級評估為優(yōu)秀。機(jī)組在2017年至2020年的運(yùn)行中，定子繞組端部振動(dòng)小于90mm，分級評估為優(yōu)良，表明其安全可靠性顯著提高。

4.2 增大模態(tài)質(zhì)量的調(diào)頻方法

發(fā)電機(jī)定子繞組端部模態(tài)頻率和模態(tài)質(zhì)量成反比，但定子繞組端部質(zhì)量較大，改變質(zhì)量非常困難。當(dāng)采用綁扎、緊固等措施效果較差時(shí)，可以采取在定子繞組端部加裝配重塊，改變其模態(tài)質(zhì)量或質(zhì)量分布，降低其模態(tài)頻率。

文獻(xiàn)[3]中提到，某臺(tái)800 MW發(fā)電機(jī)定子繞組汽端的模態(tài)頻率為101 Hz，運(yùn)行一段時(shí)間后，容易造成汽端主絕緣磨損、股線疲勞斷裂等嚴(yán)重故障。在汽端側(cè)外錐環(huán)外側(cè)施加36塊紫銅配重物，總重1 635 kg，用不銹鋼螺桿緊固。治理后，其模態(tài)頻率下降為94 Hz，運(yùn)行中，定子繞組汽端振動(dòng)下降至40mm以下，定子繞組未出現(xiàn)磨損等故障。

5 結(jié)論

在發(fā)電機(jī)定子繞組端部結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測中，關(guān)鍵參數(shù)為定子繞組端部橢圓型模態(tài)頻率，通過動(dòng)力學(xué)分析、大量的模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)電機(jī)定子繞組端部橢圓型模態(tài)頻率的適宜范圍分別為65～75 Hz、135～165 Hz，其安全可靠性較高。在此基礎(chǔ)上，本文提出了對發(fā)電機(jī)定子繞組端部進(jìn)行分級評估方法和故障診斷流程，為以發(fā)電機(jī)殼體振動(dòng)突出為特征的故障診斷提供了基礎(chǔ)。通過模態(tài)試驗(yàn)創(chuàng)建的定子繞組端部模態(tài)數(shù)據(jù)庫、分級評估策略，提出了定子繞組端部調(diào)頻措施。

研究結(jié)果為大型發(fā)電機(jī)組繞組端部狀態(tài)評估和綜合治理提供了一種有效的方法，對提高發(fā)電機(jī)組可靠性具有較好的工程參考價(jià)值。

[1] 楊群發(fā), 沈文華, 劉石. 汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部振動(dòng)綜合治理[J]. 熱力發(fā)電, 2015, 44(5): 125-128. YANG QUNFA, SHEN WENHUA, LIU SHI. Comprehensive treatment of end vibration in turbine generator stator[J]. Thermal Power Generation, 2015, 44(5): 125-128(in Chinese).

[2] 李衛(wèi)軍, 蔡文方, 吳文健, 等. 模態(tài)參數(shù)在發(fā)電機(jī)定子繞組端部故障診斷中的應(yīng)用[J]. 浙江電力, 2015, 34(12): 47-50. LI WEIJUN, CAI WENFANG, WU WENJIAN, et al. Application of modal parameters in diagnosing faults at generator stator winding ends[J]. Zhejiang Electric Power, 2015(12): 47-50(in Chinese).

[3] 孫術(shù)文, 王紹禹, 韓長利, 等. TBB-800-2EY3型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組及其端部支撐結(jié)構(gòu)的改造[J]. 中國電力, 2014, 47(5): 97-101. SUN SHUWEN, WANG SHAOYU, HAN CHANGLI, et al. Reformation of stator winding and its end support structure of TBB-800-2EY3 turbo-generator[J]. Electric Power, 2014, 47(5): 97-101(in Chinese).

[4] 孫暉, 孫志斌, 朱榮. 模態(tài)試驗(yàn)在330 MW發(fā)電機(jī)定子繞組端部缺陷處理中的應(yīng)用[J]. 上海電力學(xué)院學(xué)報(bào), 2012, 28(6): 509-512. SUNHUI, SUN ZHIBIN, ZHU RONG. Application of model testing on the defect treatment of stator end windings of 330 MW generator[J]. Journal of Shanghai University of Electric Power, 2012, 28(6): 509-512(in Chinese).

[5] 劉長明, 吳遠(yuǎn)東. 發(fā)電機(jī)定子繞組端部缺陷模態(tài)特性及處理[J]. 湖南電力, 2007, 27(3): 15-17. LIU CHANGMING, WU YUANDONG, et al. Analysis of modal characteristic of generator stator winding end department defect and on-the-site treatment[J]. Hunan Electric Power, 2007, 27(3): 15-17(in Chinese).

[6] 吳洋海, 蔡忠. 模態(tài)分析方法在汽輪發(fā)電機(jī)故障診斷中的應(yīng)用[J]. 電機(jī)技術(shù), 2016, 1(27): 27-32. WU YANGHAI, CAI ZHONG. Application of modal analysis method to perform the fault diagnosis for turbine generators[J]. Electrical Machinery Technology, 2016, 1(27): 27-32(in Chinese).

[7] 郭大朋, 葛翔飛.百萬千瓦級發(fā)電機(jī)端部振頻異常分析[J]. 東北電力技術(shù), 2012, 33(9): 21-24. GUO DAPENG, GE XIANGFEI. Analysis on abnormally vibration of 1000 MW generator[J]. Northeast Electric Power Technology, 2012, 33(9): 21-24(in Chinese).

[8] 何青, 崔志斌, 韓泓池. 汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部模態(tài)測試與分析[J]. 電力與能源, 2017, 38(4): 467-471. HE QING, CUI ZHIBIN,HAN HONGCHI. Modal test and analysis of turbogenerator stator winding end[J]. Power & Energy, 2017, 38(4): 467-471(in Chinese).

[9] 仇明, 詹偉芹,葛祥飛. 引進(jìn)型國產(chǎn)1 000 MW汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部模態(tài)及運(yùn)行效果分析[J]. 大電機(jī)技術(shù), 2013, (3): 1-4. QIU MING, ZHAN WEIQIN, GE XIANGFEI. Present situation and operation effect analysis for stator end-winding models of domesticated 1 000 MW turbo-generator[J]. Large Electric Machine and Hydraulic Turbine, 2013, (3): 1-4(in Chinese).

[10] 吳文健, 李衛(wèi)軍, 應(yīng)光耀. 1 000 MW汽輪發(fā)電機(jī)模態(tài)測試分析[J]. 浙江電力, 2009, 28(4): 13-16. WU WENJIAN, LI WEIJUN, YING GUANGYAO, et al. Measurement and analysis for mould of end winding on 1 000 MW generator stator[J]. Zhejiang Electric Power, 2009, 28(4): 13-16(in Chinese).

[11] 劉勝建. 汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組振動(dòng)的監(jiān)測和干預(yù)[J]. 華電技術(shù), 2012, 34(8): 57-59. LIU SHENGJIAN. Monitoring and intervention of vibration of turbine generator stator winding[J]. Huadian Technology, 2012, 34(8): 57-59(in Chinese).

[12] 沈文華, 郭永雄. 光學(xué)測振系統(tǒng)在發(fā)電機(jī)定子端部測振中的應(yīng)用[J]. 廣東電力, 2015, 28(1): 92-95. SHEN WENHUA, GUO YONGXIONG. Application of optical vibration measuring system in vibration measuring for generator stator end[J]. Guangdong Electric Power, 2015, 28(1): 92-95(in Chinese).

[13] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局, 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). 隱極同步發(fā)電機(jī)定子繞組端部動(dòng)態(tài)特性和振動(dòng)測量方法及評定GB/T 20140-2016. [S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2016. AQSIQ, SAC. Measurement method and evaluation criteria of dynamic characteristic and vibration on stator end windings of cylindrical synchronous generators GB/T 20140-2016. [S]. Beijing: China Standards Press(in Chinese).

[14] 盛宏玉. 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)[M]. 第2版. 合肥: 合肥工業(yè)大學(xué)出版社, 2007. SHENG HONGYU. Structure dynamics[M]. 2th ed. Hefei: Hefei university of technology publishing house, 2007(in Chinese).

[15] 田科技, 孫首群, 欒本言, 等. 汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部振動(dòng)模態(tài)分析[J]. 噪聲與振動(dòng)控制, 2014, 34(6): 33-36. TIAN KEJI, SUN SHOUQUN, LUAN BENYAN, et al. Vibration modal analysis of stator end winding of a turbo-generator[J]. Noise and Vibration Control, 2014, 34(6): 33-36(in Chinese).

[16] 何玉靈. 發(fā)電機(jī)氣隙偏心與繞組短路復(fù)合故障的機(jī)電特性分析[D]. 保定: 華北電力大學(xué), 2012. HE YULING. Analysis on mechanical and electrical characteristics of generator under air-gap eccentricity and winding short circuit composite faults[D]. Baoding: North China Electric Power University, 2012(in Chinese).

[17] 何玉靈, 張文, 張鈺陽, 等. 發(fā)電機(jī)定子匝間短路對繞組電磁力的影響[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2020, 35(13): 2879-2888. HE YULING, ZHANG WEN, ZHANG YUYANG, et al. Effect of stator inter-turn short circuit on winding electromagnetic forces in generators[J]. Transactions of China Electromagnetic Society, 2020, 35(13): 2879-2888(in Chinese).

Condition Assessment and Comprehensive Treatment Method of Stator End Winding in Large Turbo-generators

LI Weijun1,2, HE Yuling3, YING Guangyao1, CAI Wenfang1, MA Sicong2

(1. State Grid Zhejiang Electric Power Co., Ltd., Electric Power Research Institute, Hangzhou 310014, China;2. Hangzhou Yineng Electric Technology Co., Ltd., Hangzhou 310014, China;3. Key Laboratory of Health Maintenance and Failure Prevention of Electrical Machinery and Equipment in Hebei Province, North China Electric Power University, Baoding 071003, China)

Modal test analysis is a primary method to evaluate the condition of the stator end winding and has been widely used in large generator maintenance. Based on the dynamic characteristics research and modal parameter statistical analysis of stator end winding, the appropriate range of elliptical natural frequency as well as the detailed frequency scopes respectively for excellent, good, and qualified level, are proposed. And then, the grading evaluation method and scientific fault diagnosis process for the stator end windings are obtained. Finally, the practical modal stiffness and natural frequency adjustment methods are presented, with the case study as the validation. The research results provide a valuable reference for the condition assessment and comprehensive treatment of the stator end winding in large generator, and are beneficial for the reliability of the whole generator set.

turbo-generator; stator end winding; modal frequency; vibration suppression

10.3969/j.ISSN.1672-0792.2021.02.001

TM311；TH212

A

1672-0792(2021)02-0001-08

2020-10-19

國家自然科學(xué)基金（51777074）；河北省自然科學(xué)基金（E2020502032）；中央高?；穑?020MS114）；河北省第三批青年拔尖人才支持計(jì)劃資助（[2018]-27）

李衛(wèi)軍（1975—），男，高級工程師，研究方向?yàn)槠啺l(fā)電機(jī)組振動(dòng)測試、分析及處理工作；

何玉靈（1984—），男，副教授，研究方向?yàn)殡娬驹O(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷，振動(dòng)信號分析與處理。

何玉靈