大型汽轮发电机定子绕组端部振动管窥

芮冬梅

（哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150040）

1 概述

随着科学技术不断进步，汽轮制造工业水平有了明显提升，其主要表现就是在发电机容量上逐渐增加，大型发电机的研究与使用，促进了大型汽轮制造业全面发展。然而，随着大功率电机的大批量使用，也带来了汽轮发电机定子端部绕端部振动导致各类问题，成为了社会讨论的热点话题。因此，我们在追求大容量电机在大型汽轮制造应用的同时，也要给予其电机定子绕组端部振动问题高度重视，本文对大型汽轮发电机定子端部绕组的振动问题进行研究，这是一次很有远见的研究，从中能够获取一些意想不到的收获。由于电机定子绕组端部振动影响因素有很多，研究过程会很困难，所以我们要合理的划分其研究内容，这样才能使得研究极具条理性。

2 对发电机定子绕组端部振动问题探究

定子铁心处于气隙磁场中，它很容易受到场内范围电磁力影响，其影响程度与气隙磁场大小有直接关系。通常为了研究方便，需要将电磁力划分为切向与径向两个分量，切向分量作用在电枢齿上会与点此距产生的反作用力相互抵消，在其交叉区域内会产生更大的电磁振动，而径向分量使得铁心作椭圆型振动。绕组在不承载条件下，虽然电流流量不大，但是还会引起线棒振动明显，这部分振动是因铁心导致的。绕组在槽内某些载流导体会因垂直于槽壁的横向磁场作用形成径向作用力，因为主磁场大部分要流经磁阻相对不大的齿，槽内径向磁场也不大，所以槽内线棒形成的切向作用力也不会太大。与电机其他构件相比，绕组端部会凸显在磁场外部，它的形状不规则、内部磁场分布物规律，想要对绕组端部受力情况分析难度较大。概括的说，发电机定子绕组端部除了需要承受地磁力作用外，还需承受槽内部分与定子铁心振动影响，而产生振动的关键原因就是径向力和切向力存在。

如果槽内线棒设置稳定，就算是受到电磁力影响其振动效果也不会很明显，通过对电机定子绕组端部分析，在渐开线起始位置固定比较容易，当鼻端固定时难度加大，其刚性不好，通常情况下，在此处振动表现明显，为此鼻端更要做好振动保护措施。如果在端部绕组加上特定频率为100Hz时，会产生共振现象，此状态如果时间持续较长，那么增大定子端部构件间摩擦力，加大构件磨损率，减少使用寿命。值得注意的是，在电机定子安装过程中，一定要提高注意力，很多电机定子端部故都是由于安装过程中人员粗心所致，比如螺母拧不紧，就会导致端部绕组绝缘面破坏，致使绕组构件件相连而出现电路短路，造成重大事故。

3 固有频率发生变化的原因分析

3.1 温度差异导致端部模态变化

当发电机处于工作状态时，其自身的温度会会远远超出周围环境温度，并会受负荷变化不断发生变化。发电机在工作条件下，机内温度会持续上升，其内部各构件在温度较高条件下，端部整体的刚度有所下降，模态频率也会逐渐下降，所以电流频率是会受到温度会受温度影响而发生变化。通过对多次试验数据研究得知，通常情况下温度对不用范围内频率影响程度相差较大。机组结构形式差异对其影响也会很明显，比如利用氢气冷却的发电机，它的端部绕组是处于氢气制冷条件下，冷却效果明显高于普通制冷方式。所以电机端部绕组固有模态频率基本保持不变。

3.2 绝缘老化度引起模态变化

对于长期使用的大型汽轮发电机损耗严重，如果不对其进行定期检修，难免导致其绝缘皮老化程度加剧，导致机器内部构件间不能充分连接，机械强度降低、整体性能达不到要求，模态指标呈逐渐减弱趋势，并且随着发电机使用年限继续增加，端部模太频率下降趋势表现更加明显，此外，振幅会逐渐增大，因此，在对大型汽轮发电机检修时，要对各个工序都要给予高度重视，确保各部分零件都能够得到妥善养护。

3.3 引线问题引发模态发生变化

大型汽轮发电机定子绕组的引线通常是六根，且全部由励磁机侧引出。汽侧的端部绕组在结构上通常是呈轴对称，而励侧是定子绕组引线处，所以结构相对较复杂，过渡引线通常为半圆型，固定于绝缘支架背面上，它达到了强化整个端部固定性的目的。由于汽励两侧的端部绕组结构上存在差异，导致其模态也会有所不同，而引线处正好为相带重合处，端部的汽励两侧分别为相同线棒的两个末端，彼此间关联紧密，所以汽励两侧的模态会相互制约。

4 大型汽轮发电机定子绕组端部振动改进策略

4.1 对机组进行定期维护

对机组进行及时合理的维护，这是大型汽轮发电机定子绕组端部正常运行的前提。在汽轮发电机定子绕组端部要采取特殊的保护措施，例如增设支撑板与绝缘支撑结构等，这样能够确保定子运转摩擦力减少，有更好的性能，对其绝缘性材料选择要遵循不断裂、不走形、耐腐等原则。

4.2 重视辅助工作

有些辅助工作往往是造成大型汽轮发电机定子绕组端部振动的主要原因，例如引线太长、支撑点不够等结构，常常被人们所忽视。为了保证大型汽轮发电机稳定运转，在对机组进行大修时，要适当设置一些支撑梁等设施，对于轴线位置偏离的定子，要进行及时的纠正或采取加固措施。

4.3 合理确定工作频率

汽轮发电机定子绕组端部一定要避开固有频率，电机厂也对每一次电机振动模态测试结果准确记录，并及时将相关信息转交给发电厂，为后期上级检查节省时间；对于根据实际要求调整过的发点机组要对其特殊部位进行反复检查，将机组附加不同的测试条件，对其振幅与频率测量后结构必须符合规范要求。

4.4 改进引线手包的成型工艺

改进引线手包的成型工艺可以有效减少发电机定子内部短路造成的事故。要提高手包绝缘段的完整性与结合性，对机组建立工作要严格执行，确保机组高质量，对重要的工序要拍专业人士管理，对不规范施工行为要进行严格处理。

4.5 优化发电机内部工艺

发电机“弓”形连接线应选取绝缘夹板固定方式与其它合理措施来固定；发电机定子绕组槽口垫块和定子绕组端部处，一定需用涤玻绳加固，缺少该项措施的要及时改进。

结语

综上所述，随着我国社会主义不断进步，对大型汽轮发电机的使用量会呈上升趋势，而受各种条件影响，大型汽轮发电机定子绕组端部振动问题严重，也由此而引发了很多事故发生，从某种程度上说，这给我们指明了大型汽轮发电机未来的研究方向，要通过对其不断的理论研究与实践相结合，探索出一条最佳的解决此问题途径，这样就能够为我国型汽轮发电机长远的发展打下坚实的基础，相信在党的英明指导下，再加上相关研究人员的不懈努力，我们一定会迎来大型汽轮发电机更加美好的明天。

[1]陈伟梁，徐博侯，黄磊.大型汽轮发电机定子绕组端部的振动分析[J].浙江大学学报（工学版），2010，9（8）：123-125.

[2]徐佩伟.大型燃气透平发电机绕组端部事故的预防措施[J].上海大中型电机，2011，15(2):89-91.