田湾核电站发电机定子端部引线振动的缓解

周正平

(江苏核电有限公司，江苏 连云港 222042)

汽轮发电机在运行过程中，定子将受到转子磁拉力作用，产生两倍系统频率的交变力而形成强迫振动。对于全速汽轮发电机组，其所受的交变力为100 Hz，倘若发电机定子椭圆模态或引线的固有频率等于或接近100 Hz，就可能发生共振，即产生很大的振动，影响机组的正常运行，甚至发生事故。随着发电机单机容量的增大，定子绕组的电路增大，线棒及端部绕组所受的交变力也将随之增大，若发电机端部设计不合理，则共振问题更加突出[1][2]。

由于端部设计不合理造成发电机定子端部振动大，在机组检修期间很难能从根本上进行解决，仅能进行局部改善，另外需要机组停机才能进行处理。为降低引线振动，避免停机，本文总结了机组功率运行期间发电机端部引线振动缓解的试验和结论。

1 田湾核电站一期工程发电机的缺陷及振动监测

田湾核电站一期工程发电机是由俄罗斯电力联合制造厂生产的TBB-1000-2у3型三相同步汽轮发电机，有功功率为1060 MW，其转子绕组和定子铁芯采用氢气冷却，定子绕组采用水冷，励磁系统采用无刷励磁。

根据发电机端部历次大修期间的检查情况，以及国内发电机制造厂及科研单位的分析，发电机端部绕组结构设计上存在着薄弱环节。在发电机正常功率运行期间，发电机端部引线存在振动大缺陷，多次导致发电机端部引线出现裂纹、软连接断裂，从而引起机组停机进行小修[3]。

为掌握运行期间发电机端部引线的振动状态，根据历史缺陷信号和检查结果和测量的固有频率，获取了发电机端部引线结构的薄弱部位，并在薄弱部位安装了振动监测传感器，增加发电机端部引线振动监测系统，其监测主界面如图1所示：

图1 田湾核电站发电机定子端部振动监测主界面Fig.1 The generator stator vibration monitoring interface of Tianwan NPP

机组功率运行期间，根据发电机端部引线振动监测系统的实时数据，发现2号机组发电机C6出线的振动值最大，均值达到600 μm左右。

为此，机组运行期间开展了2号机组发电机C6引线振动的缓解工作，在发电机正常功率运行期间(维持有功功率不变)，通过工艺参数的综合控制，来缓解发电机端部C6引线的振动状态，避免端部引线出现疲劳裂纹或断裂等故障。

2 试验准备和过程

在机组功率过程运行过程中，通过调整发电机的工艺参数来缓解端部引线振动，存在一定的风险，因为若参数调整不当，工艺参数突变，则可能导致联锁保护导致机组跳机；同时若调整不合理，端部引线振动有可能增大，导致端部引线出现故障，这对于振动大的端部引线尤为重要。

为保证工艺参数调整后的效果，工艺参数调整前，开展了一系列相关分析工作，包括：

1)在机组运行期间观察发电机端部C6引线振动和相关运行参数变化间的关系，采集数据，通过统计分析，初步判断影响发电机端部引线振动的相关因素；

2)根据判断影响发电机端部C6引线振动的相关因素的结果，制定相应的运行控制方案，并编制现场作业操作单。

根据发电机端部引线振动监测系统监测的数据，初步筛选出影响C6引线振动的影响因素，包括无功功率、发电机膛内氢气温度、发电机定子冷却水温度。

根据作业操作单，现场进行相关工艺参数的运行控制，验证工艺参数变化过程中端部引线的振动变化。田湾核电站依据制定的操作单，于2012年6月至2013年3月对2号发电机端部C6引线振动实施了缓解控制，具体包括：

1)进行了5次发电机定子冷却水温度的调整；

2)进行了5次发电机膛内热氢温度的调整；

3)进行了1次无功功率的调整。

3 试验结果

3.1 发电机端部C6引线和定子冷却水温度的关系

在机组功率运行期间，通过调节发电机定子冷却水系统换热器的冷源阀门开度，从而控制发电机定子冷却水的入口温度，观察发电机端部C6引线振动值变化。共进行了5次发电机定子冷却水温度调整试验，其中一次调整过程中冷却水温度和C6引线振动值的关系曲线如图2：

图2 升高定冷水温度期间C6引线振动变化趋势Fig.2 The vibration change trend of C6 wire when the cooling water temperature rises

通过多次发电机定子冷却水温度调整试验，得出如下关系：

提高发电机定子冷却水温度，发电机端部C6引线振动值下降，且提高发电机定子冷却水温度1度，C6引线振动下降5～7 μm左右。

3.2 发电机端部C6引线和发电机膛内热氢温度的关系

机组功率运行期间，通过手动调节发电机氢气冷却器入口冷却水阀门的开度，控制冷却水流量，从而控制发电机膛内热氢的温度，观察发电机端部C6引线振动值变化。共进行了5次发电机膛内热氢气温度的调整试验，其中一次调整过程中发电机膛内热氢温度和C6引线振动值的关系曲线如图3：

图3 氢冷器流量调整前后C6振动变化情况Fig.3 C6 vibration changes duringadjustment of the hydrogen cooler flow

通过多次发电机膛内热氢气温度的调整试验，得出如下关系：

提高发电机膛内热氢温度，发电机端部C6引线振动值下降，且提高发电机膛内热氢温度1 ℃，C6引线振动下降15～18 μm左右。

3.3 发电机端部C6引线和无功功率的关系

机组功率运行期间，在允许的范围内，通过手动调节发电机无功功率，观察发电机端部C6引线振动值变化。共进行了1次发电机无功功率的调整试验，调整过程中无功功率和C6引线振动值的关系曲线如图4。

图4 调整前后无功功率和C6引线振动趋势图Fig.4 C6 vibration changes during reactive power adjustment

从图4可以看出，无功功率和C6引线的振动趋势一致，具体为：降低发电机无功功率，发电机端部C6引线振动值下降，且降低发电机无功功率10 MV，C6引线振动下降6 μm左右。

3.4 试验结果的应用

在机组满功率运行期间，根据多次试验结果的实施，得出了相关工艺参数和C6引线振动值的关系。为控制发电机C6引线的振动值，根据以上结论，在机组功率运行过程中对工艺参数进行了优化调整，具体包括：

1)手动控制无功功率在允许的最低值；

2)在保证发电机定子绕组、铁芯温度要求下，提高发电机膛内热氢温度；

3)在保证发电机定子线棒出水温度的要求下，提高发电机定子冷却水温度。

4 结论

针对俄供发电机端部引线振动缺陷，开展了端部引线振动监测和缓解的研究工作，提出了整个工作过程中的工作流程，统计出影响发电机端部引线振动的相关工艺参数，并在运行机组上进行了实施验证，得出了不同工艺参数变化后对端部引线振动的影响程度。

今后在面对发电机端部引线振动缺陷后，可依据该试验的相关成果，在维持发电机有功功率不变的情况下，通过工艺参数的调整，来缓解端部引线的振动状态，从而保障机组的安全稳定运行，创造相应的经济效益。