大电机技术 －ｃ，∞∞∞ ｃ ｉ电机部分ｉ 々 审 ｊ 引进型国产ＩＯ００ＭＷ汽轮发电机定子 绕组端部模态及运行效果分析 仇明 ，詹伟芹 ，葛祥飞 （１．神华国华（北京）电力研究院有限公司，北京１０００２５；２．神华广东国华粤电台山发电有 限责任公司，广东台山５２９２２８；３．神华国华绥中发电有限责任公司，辽宁绥中１２５２２２） ［摘要］ 本文对国内生产的引进型１０００ＭＷ汽轮发电机定子绕组端部模态进行了深入的研究，对其运行效 果进行了广泛的调研，结合在线振动装置数据提出了新问题，即虽然端部模态不符合国标ＧＢ／Ｔ ２０１４０－２００６（透 平型发电机定子绕组端部动态特性和振动试验方法及评定》要求，但也能安全运行的结论及修订ＧＢｆＴ ２０１４０－２００６的必要性。 ［关键词］ １０００１ＶｌＷ汽轮发电机；定子绕组端部模态；运行效果；在线振动数据 ［中图分类号】ＴｌＶＩ３１ １ ［文献标识码］Ａ 【文章编号】１０００．３９８３（２０１３）０３４）００１４）４ Ｐｒｅｓｅｎｔ Ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ０ｐｅｒａｔｉｏｎ Ｅｆｆｅｃｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ Ｓｔａｔｏｒ Ｅｎｄ．ｗｉｎｄｉｎｇ Ｍｏｄｄｓ ｏｆ Ｄｏｍｅｓｔｉｃａｔｅｄ １０００ＭＷ Ｔｕｒｂｏ—ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ＱＩＵ Ｍｉｎｇ ，ＺＨＡＮ Ｗｅｉｑｉｎ２，ＧＥ Ｘｉａｎｇｆｅｉ’ ， （１．Ｓｈｅｎｈｕａ Ｇｕｏｈｕａ（Ｂｅｉｊｉｎｇ）Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００２５，Ｃｈｉｎａ；２． Ｓｈｅｎｈｕａ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｇｕｏｈｕａ Ｙｕｅｄｉａｎ Ｔａｉｓｈａｎ Ｐｏｗｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｃｏ，Ｌｔｄ，Ｔａｉｓｈａｎ ５２９２２８，Ｃｈｉｎａ；３ Ｓｈｅｎｈｕａ Ｇｕｏｈｕａ Ｓｕｉｚｈｏｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｓｕｉｚｈｏｎｇ １２５２２２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｉｎｔｅｎｓｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ．ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｎ．１ｉｎｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｄａｔａ ｆｏｒ ｓｔａｔｏｒ ｅｎｄ－ｗｉｎｄｉｎｇ ｏｆ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｌ ０００ＭＷ ｔｕｒｂｏ—ｇｅｎｅｒａｔｏｒ．ｗｅ ｃａｎ ｄｒａｗ ａ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ ｔｈａｔ ｔｈｅｓｅ ｔｕｒｂｏ．ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ ｃａｎ ｏｐｅｒａｔｅ ｓａｆｅｌｙ ｅｖｅｎ ｉｆ ｔｈｅ ｅｎｄ．ｗｉｎｄｉｎｇ ｍｏｄｅｌｓ ｃｏｕｌｄｎ’ｔ ｃｏｎｆ６ｒｍ ｔｏ ｎａｔｉｏｎａｌ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ＧＢ／Ｔ ２０ １ ４０．２００６ ＳＯ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｍｅｎｄｍｅｎｔ ｏｆ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｉＳ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：１ ０００ＭＷ ｔｕｒｂｏ—－ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｅｎｄ・－ｗｉｎｄｉｎｇ ｍｏｄｅｌ；ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ；ｏｎ－－ｌｉｎｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｄａｔａ 刖昌 组运行后检查未见松动磨损的现象。为此，我们在不 发电机在运行过程中，定子将受到转子磁拉力作 同制造厂的ＩＯ００ＭＷ汽轮发电机安装了在线振动测量 用，产生两倍系统频率的强迫振动，发电机定子绕组 装置，以观察机组运行中实际振动数据。下面从 端部不但要承受正常运行时的交变电磁力，还要承受 １ｏ００ＭＷ汽轮发电机绕组端部模态测试数据、运行后 出口或内部短路时产生的巨大的瞬态电磁力作用。随 端部检查情况、在线振动测量三方而对此问题进行阐 着发电机单机容量的逐步增大，定子绕组端部在机械 述。 上的可靠固定和防止两倍频电磁振动造成的危害已成 １ 引进型国产ＩＯ００ＭＷ汽轮发电机端部固定 为一个重要课题。多年实际运行经验表明：倘若定子 结构 端部线棒的椭圆模态固有频率等于或接近ｌ ＯＯＨｚ，就 可能发生共振，即使较小的激振力也会诱发较大的振 目前，国内制造的１Ｏ００ＭＷ汽轮发电机有三种， 动，往往在机组投运后不久就会出现端部松动、磨损 分别为东方电机有限公司（引进日立技术）、哈尔滨电 现象。 机厂有限责任公司（引进东芝技术）、上海汽轮发电机 现行ＧＢ／Ｔ ２０１４０．２００６（透平型发电机定子绕组端 有限公司（引进西门子技术）。由于日立和东芝 部动态特性和振动试验方法及评定》总结了这方面的 ＩＯ００ＭＷ汽轮发电机制造技术来源于ＧＥ，因此两者很 经验，并对发电机定子绕组端部振动特性有明确的要 接近，它的定子绕组端部为绑扎结构，如图２。而西门 求。近几年，发现按引进技术制造的ＩＯ００ＭＷ汽轮发 子定子绕组端部为锥环加压板结构如图１。上述制造厂 电机端部振动特性测试结果不能满足标准要求，但机 ＩＯ００ＭＷ汽轮发电机与定子振动有关的结构工艺如表 ４ 引进型国产ＩＯ００ＭＷ汽轮发电机定子绕组端部模态及运行效果分析 （１）百万机组汽轮发电机端部振动实测情况 造的ＩＯ００ＭＷ汽轮发电机上安装了端部振动在线监测 装置，实时监测数据如表４和表５所示。 为掌握模态试验不符合国标的ＩＯ００ＭＷ发电机端 部实际振动数据，分别在东方电机厂和上海电机厂制 表４东方电机厂制造的某电厂４号百万汽轮发电机在线振动监测数据 单位： ｍ 注：振动值随负荷增加而增长。 表５上海电机厂制造的某电厂６号百万汽轮发电机在线振动监测数据 单位： ｍ 注：大多数测点振动值随负荷增加而减小。 从实时监测数据来看，检测数据满足国标“发电 步跟踪分析；发电机端部固有频率是由其端部质量和 固定结构刚度所决定的。对于同一设计结构、同一施 工工艺的发电机，在排除工艺分散性造成的影响后， 机正常运行时，定子绕组端部的振动幅值应小于 ２５０ｕｍ”的要求。东方电机厂制造的百万发电机在线振 动数据符合常理，即振动数据随负荷增加而增长；上 海电机厂制造的百万发电机在线振动数据却不符常 理，即振动数据随负荷增加而减小，检查探头安装及 测量数据均无误（用标准表校核数据），对此现象进一 端部固有频率是相对固定的。上述三公司端部固定结 构均采用刚柔固定结构，此结构能有效吸收或缓解端 部振动能量，是目前经实践证明较为成熟的端部设计 （下转第８页） ８ 宽电刷下直流电机换向过程研究 【９Ｊ Ｈａｌｌ，Ｒ．Ｄ．Ｋｏｎｓｔａｎｔｙ，Ｗ．Ｊ．．Ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ ｏｆ ＤＣ 春大学学报．１９９９（６）：１２—１４ 【收稿日期１ ２０１２—０２－０１ Ｍｏｔｏｒｓ［Ｊ］．Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｍａｇａｚｉｎｅ，ＩＥＥＥ． ２０１０，１６（６）：５６－６２． 【１０】刘敏军．防止直流牵引电动机环火的措施【Ｊ】．内 燃机车，２００８（３）． 【ｌｌ】于福鸿．移宽电刷改善直流电机换向［Ｊ］．电机技 术，１９９２，（１）：１２－１５． ［作者简介］ 刘敏军（１９６６．），２００９年毕业于华东交通大学 机电工程学院载运工具与运用专业，硕上，研 究方向为电机与电气控制，副教授。 审稿入：辜庆芊且 【Ｌ２】于福鸿．调整电刷宽度改善直流电机换向【Ｊ】．长 ☆☆☆★★★★★★★古★☆☆☆★★★☆☆☆★★由★☆☆★★★☆★★☆★齿☆古★★★★☆★☆★☆★☆☆☆☆☆奇★☆☆☆☆☆☆☆☆七☆☆★☆☆☆★★☆☆★☆★★★★☆★☆★★☆☆★★☆★★七☆☆★★☆七☆☆☆古☆七☆☆☆☆☆☆☆★☆☆ （上接第４页） 结构，虽模态试验不能满足国标的要求，但实际监测 振动数据和多台机组实际检查未见异常。 （２）发电机端部振动 机能否投运的决定性判据。实际上，是否共振还Ｉ＝ｊ定 子绕组结构、运行温度等有关。 （２）只要制造厂严格按引进技术施工，同时做好 端部结构紧固件的防松措施，即使ＩＯ００ＭＷ汽轮发电 经了解，发电机定子绕组端部振动在线监测目前 无统一的国际标准，几个著名制造商和部分国家关于 汽轮发电机振动监测标准见表６。 表６有关汽轮发电机定子绕组端部振动测试标准 单位 ｍ 机端部模态不能完全符合现行ＧＢ厂ｒ ２０１４０—２００６（（透平 型发电机定子绕组端部动态特性和振动试验方法及评 定》中对发电机定子绕组端部振动特性的有关要求， 只要监测运行中发电机端部实际振动数值不超过国标 要求，由于阻尼较强，即使存在危险的固有频率和椭 圆振形，发电机安全运行还是有保障的。楣同结构的 发电机完全具有可借鉴性。 （３）鉴于百万千瓦级汽轮发电机在这方而出现的 新情况，建议及时修订ＧＢ／Ｔ ２０１４０．２００６《透平型发电 机定子绕组端部动态特性和振动试验方法及评定》。 ［参考文献］ Ｉｌ Ｉ ＧＢ／Ｔ ２０１４０．２００６，透平型发电机定子绕组端部动 模态试验不合格只是预测发电机运行中可能会发 生共振，由于实际运行中受温度变化和共振峰带宽的 影响并不一定共振，同时由于振动阻尼的影响，振动 态特性和振动试验方法及评定ｆＳ１． 畅雅平，郑宝珍，等．国产２００ＭＷ汽轮发电机定 子绕组端部在线振动监测的试验研究…．大电机 技术．２００２ ｆ６）． 幅值是否超标也与共振与否无必然联系，上世纪九十 年代初，我国引进的原苏联５００ＭＷ及８００ＭＷ汽轮发 电机虽端部模态符合国标要求，但因其端部固定结构 的先天性缺陷，导致松动、磨损事故频发，以至于不 得不改变端部固定结构。 Ｉ３１ 白亚民，葛海滨，曾芳，等．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 『Ｊ１．大电机技术．２００４（７）． 【收稿ｆ－ｔ期１ ２０１２—０２—２１ ５结论 （１）判定发电机定子绕组端部是否存在影响安全 运行的振动问题，唯一和最终判据是实际运行时的振 ［作者简介］ 仇明（１９６７ ），男，高级工程帅，现在神华 国华（北京）电力研究院有限公 从事发电 厂电气专业技术管理Ｔ作。 幅值。由于模态试验属于静态试验，仅是间接预测发 电机是否可能在运行中产生共振，不能肯定振动幅值 一定超标。因此，也就不能把模态试验结果作为发电 审稿八：沈梁伟