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关于1000MW发电机定子绕组端部固有频率

时间:2016- 03-03来源: 作者: 点击: 524次


及模态分析试验的探讨

杜迅1,杨文虎2

通讯作者,杜迅,dx710618@163.com  18098092788

(1陕西清水川能源发电股份有限公司,榆林;2西安热工研究院有限公司,西安)

  要:本文主要介绍了我公司1000MW发电机定子绕组端部固有频率及模态试验的结果,其不符合国标规定,但其符合制造厂标准(本机型为引进的,引用国外标准),探讨了其发生问题的可能性,并对国标的修订提出了建议。

关键词:发电机;固有频率;模态;绕组端部; 

中图分类号:TM311

 

Study on Natural Frequency and Modal Analysis of A 1000MW Generator Stator End-winding

 

Du Xun1, Yang Wenhu2

(1 Shaanxi Qinshuichuan Energy Co., LTD,  Yulin; 2 Xi’an Thermal Power Research Institute Co.,Ltd, Xi’an)

AbstractThe natural frequency and modal experiment results of our company 1000MW generators stator end-winding are introduced in this paper. They do not comply with the provisions of GB, but in accordance with the manufacturer's standards (the machine is introduced, citing foreign standards). Also the possibility of its problem occurrence were explored, and some suggestions for the revision of the national standard were put forward.

KeywordsGenerator; Natural frequency; Modal analysis; End-winding;

 


1引言

我公司二期工程2×1000MW汽轮发电机由东方电机厂制造,1000MW #3发电机定子绕组端部固有频率及模态试验结果不符合GB/T20140-2006《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》规程标准,东方电机厂技术人员对此问题进行了解释澄清。就此问题达成部分共识,但尚存在疑问和困惑。以下就对这一问题进行说明和分析。

2  试验情况

2.1试验目的

为了杜绝发电机因机组振动造成绝缘磨损,绑绳断裂、绝缘引水管漏水而发生的定子端部短路事故,及时发现和消除事故隐患,保证机组的安全运行,应对大型发电机进行端部绕组固有频率的测试,以此检验定子端部固定的质量,进一步判断端部设计的合理性,并为以后测试积累数据。

2.2 发电机参数

型号:QFSN-1000-2-27;   额定功率:1008MW;

额定容量:1120MVA;     额定电压:27000V;

频    率:50Hz;         转    速: 3000r/min;  

生产厂家:东方电机股份有限公司。

发电机冷却方式为水氢氢。该机型为引进日立技术,发电机定子绕组端部为篮式结构,绕组端部用浸胶无纬玻璃纤维带绑扎固定在由绝缘支架和绑环组成的端部固定件上,绑扎固定后进行烘焙固化,使整个端部在径向和周向成为一个刚性整体,确保端部固有频率远离倍频,避免运行中发生共振磨损事故。

2.3 试验标准

GB/T20140-2006 《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》[1]中规定:(1)线棒、引线固有频率和端部整体的椭圆固有频率应避开范围见表1。

1 椭圆固有频率应避开范围

额定转速r/min

支撑形式

线棒固有频率Hz

引线固有频率Hz

整体椭圆固有频率Hz

3000

刚性支撑

95,≥106

95,≥108

95,≥110

柔性支撑

95,≥106

95,≥108

95,≥112

(2)整体的椭圆固有频率不满足表1规定的发电机,应测量运行时定子绕组端部的振动。局部固有频率不满足表1规定的发电机,对于新机应尽量采取措施进行处理,已运行的发电机应结合历史情况综合分析处理。

2.4试验方法

2.4.1 试验仪器

力锤为PCB086C20型压电型带传感器力锤,INV306U-5268型智能信号采集处理分析仪,加速度传感器PCB352A、PCB353。

2.4.2  定子绕组端部整体模态试验方法

定子绕组端部整体模态试验采用一点响应多点激励法,用力锤定点敲击定子绕组端部上的某点,向绕组端部提供一个瞬态的冲击力,数据采集器拾取端部绕组上测点的径向振动响应,再对数据进行综合分析处理,得到定子绕组端部整体的模态频率和振型。

在定子绕组端部相同内径的部位布置测点,定子槽数为36,每隔一个线棒布置一个测点,绕组端部的鼻端共18个测点。

2.4.3  定子绕组引线固有频率试验方法

用力锤敲击定子绕组引线,测量相应测点的振动响应,经动态信号分析仪分析,得到相应的瞬态激励频率响应函数,在瞬间激励频率响应函数的幅频特性曲线上,相干函数值在0.9以上的极大值点为各引线测点的固有频率值。

2.5 测试结果

2.5.1 定子绕组端部整体模态试验结果

试验日期:2015年9月10日。定子绕组未通水。

2 定子绕组端部整体模态试验结果

励磁机侧

汽轮机侧

模态频率

模态振型

阻尼比%

模态频率

模态振型

阻尼比%

1

73.041Hz

摇晃

1.691

42.531Hz

摇晃

1.716

2

78.326Hz

椭圆

1.516

65.250Hz

摇晃

0.657

3

82.007Hz

椭圆

1.777

102.507Hz

椭圆

1.336

4

94.170Hz

椭圆

2.052

113.051Hz

椭圆

1.276

5

104.780Hz

三瓣

1.540

143.074Hz

三瓣

1.159

6

129.712Hz

椭圆

2.700

 

 

 

定子绕组端部整体的部分模态振型详见图1:

 

a) 励磁机侧1阶模态振型 

b)励磁机侧2阶模态振型

e)励磁机侧5阶模态振型

g)汽轮机侧1阶模态振型

i)汽轮机侧3阶模态振型

k)汽轮机侧5阶模态振型

1定子绕组端部整体的模态振型

2.5.2定子绕组鼻端接头固有频率试验结果

励磁机侧以六点钟位置(#32槽)为1号槽,顺时针方向进行编号;汽轮机侧以六点钟位置为1号槽,顺时针方向进行编号。定子绕组鼻端固有频率试验结果见表3。引线固有频率试验结果见表4。以六点钟位置为1号引线,顺时针测量。

3定子绕组鼻端固有频率

序号

励磁机侧

汽轮机侧

径向固有频率(Hz

径向固有频率(Hz

1

65.37393.5104.5126.3

102113133

2

65.373.394105129.5

102.3113.2133

3

7477.595.8104.8131.2

102.8113.2118.3142

4

7278.381.389.8104.8124.3

107.3113.5133

5

81.886.394.5105.5124.8

102.5113.8133.5

6

78.386.3104.3125

102.5113.5134.2

7

73.386.595104.7113117

102.5113.5143

8

77.5104.8131

102.3113.3143

9

7881.895.5104.5123

103113.8130

10

7882.395.5104.8123

102.8113.8143

11

7882.3104.8127.2

102.5113.8134

12

73.897.5104.8127

102.5143

13

73.583.295.8104.6124

102.5113.8143.8

14

73.482.895.5104.5127

102.5113.5134

15

78.483105127

102.5113.3133.5

16

78.2104.8126.5

102.3110.8143

17

73.395.3104.8126

102.5113.5143

18

73.394.2104.8126.3

102.3113133

 

4 引线固有频率

引线编号

径向固有频率(Hz

1

73.093.5104.5125.5

2

77.588104.5123.8

3

78.586.394.5104.3112.3125

4

78.082.395.8104.5129

5

73.895.8104.5124

6

78.084.394104.5126.5

2.6 结果讨论

按照GB/T20140-2006,#3发电机励磁机侧端部整体模态合格,但其4阶模态为椭圆振型,固有频率94.17Hz接近标准规定的下限,其汽轮机侧端部整体模态不合格,其3阶模态为椭圆振型,且固有频率102.507Hz在标准规定的避开范围之内。

#3发电机汽轮机侧及励磁机侧所测线棒鼻端接头固有频率有部分在标准规定(95Hz-106Hz)的避开范围之内,为不合格;引线鼻端接头固有频率也有部分在标准规定(95Hz-108Hz)的避开范围之内,为不合格。按标准规定,对于新机应尽量采取措施进行处理。

在发电机运行过程中,转子磁场在定子铁芯和定子线棒上会产生100Hz的倍频共振,此共振将会导致发电机定子端部线棒磨损,进而引起端部结构松动事故。设计完善、制造工艺良好的发电机,能够很好的使共振频率远离95-115Hz,并且在运行工况下,定子线棒通水负重、温度上升的情况下,定子端部固有频率不发生较大变化,长期连续运行不会发生端部磨损事故。通过陕西省电力研究院试验结果可以看出,我公司#3发电机汽轮机侧端部整体模态不合格,其3阶模态为椭圆振型,端部线棒径向振频也在100Hz稍上方,即102.5Hz,在运行工况定子线棒通水负重及温度上升的工况下,固有频率可能下移,落到100Hz共振点附近,有可能发生共振磨损,尤其是当绕组端部存在100Hz左右的椭圆振型时,由于发电机线棒端部的电磁作用力沿圆周是呈类似椭圆形分布的,此时产生共振的可能性最大。一旦发生共振磨损,将会使定子端部线棒紧固结构松动,线棒绝缘材料磨损脱落,线棒绝缘能力下降导致击穿。

我国国家标准GB/T20140-2006《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》对于新移交发电机定子端部固有频率有明确规定:(1)定子绕组端部(刚性支架)整体的椭圆固有频率应避开95-110Hz的范围。(2)定子绕组线棒的固有频率应避开95-106Hz的范围。(3)发电机正常运行时,定子绕组端部的振荡幅值应小于250um。若振动幅值大于250um,应发报警信号。若振动幅值大于400um,发电机应尽快停机检查处理。

根据国家标准GB/T20140-2006规定,我公司#3发电机汽轮机侧端部整体模态不合格,但是东电技术通知单认为,该机型为日立引进技术,日立公司对发电机定子端部的评判标准为94-115Hz之间的频响函数幅值不超过45mg/N,即对于94-115Hz之间,尚存在另外的评判标准,这与国标GB/T20140-2006评判标准存在矛盾及不一致现象。

3 评定标准探讨

3.1  国标经验问题 

目前,我国评定新安装发电机定子端部是否会产生振动情况的主要依据是国标GB/T20140-2006《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》规程,该规程是2006年实施的,当时国内1000MW机组尚在起步阶段,投产机组比较少,长期运行的经验积累缺失。而该规程主要建立在600MW和300MW发电机组的运行经验之上,是否完全适应国内引进型1000MW发电机组还需要探讨,且国标GB/T20140-2006规程,试验是在静止、常温、未通水工况下进行的,而在发电机带负荷运行时,定子线棒通水负重,温度上升,线棒及绝缘材料均不同程度的受热膨胀,应力也会相应变化,固有频率也可能变化,国标GB/T20140-2006规程是否能够准确反映运行工况下发电机端部的固有频率及模态分析,我们认为尚存在疑问。所以在发电机定子端部加装振动传感器,组成定子端部振动在线监测装置是比较有效的方法。可以在发电机运行中在线监测定子端部振动变化情况,在振动幅值发生变化危机发电机安全运行时及时采取措施,通过振幅超过250μm报警、400μm停机的保护定值来保护发电机的安全。

3.2国内和国外技术标准不一致问题

国外1000MW发电机定子端部固有频率的评判标准与国内不完全相同。如日立公司的评判标准为94-115Hz之间的频响函数幅值不超过45mg/N即为合格,而国内标准是模态及固有频率在95-115Hz之间为不合格。

从国内1000MW已投运的数十台(含东方电机、上海电气、哈尔滨电机厂)发电机组调研情况看,确实存在多台发电机定子端部模态及固有频率不符合国标GB/T20140-2006规程,但是,已投产的机组总体情况良好,尚未发现由于发电机定子端部共振磨损的事故通报。鉴于1000MW机组在此方面的普遍情况,哈尔滨大电机研究所已组织业内专家对国标GB/T20140-2006进行讨论修订。修订版中增加了对于固有频率不满足要求的测点,应计算其响应比,对于响应比小于0.44m/s2/N测点,可不进行处理。

4 建议和意见

鉴于以上结果和讨论,我认为发电机固有频率的评判标准,主要是建立在以下基础之上的。首先与发电机整体设计、定子绕组端部的紧固方式、紧固材料、制造工艺密切相关。其次该标准是需要大量同类设计,同类紧固方式,同类制造工艺的已投运发电机组的实际运行情况来检验和丰富的。引进国外技术设计,定子端部紧固方式,紧固材料,制造工艺如果不同于国内,而用国内标准去评判合格与否,是没有充分基础的,不科学的。

由于国内1000MW发电机组大量在建和投产,为了适应新的情况,国家质量监督部门应该尽快组织推进国标GB/T20140-2006《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》的修订完善工作,以便生产和建设部门有统一完善的标准可依,尽快过渡目前这种规程标准与机组升级发展不同步的局面。

 

参考文献

[1] GB/T20140-2006 《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》

 

杜迅  男,本科,高工。陕西清水川能源发电股份有限公司,主要从事电力生产技术与科技管理。单位地址:陕西省府谷县黄甫镇陕西清水川发电有限公司,邮编:719400,联系电话:18098092788E-maildx710618@163.com

 

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