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【摘 要】随着发电机的容量随着需求在不断增加，大型汽轮发电机定子绕组端部振动是机器运行中不可忽略的问题，振动过大会引起发电机故障。大型汽轮发电机定子端部绕组部振动的安全性与可靠性，直接影响着整个机组和电网的工作状况。本文介绍了发电机定子绕组端部振动的有关知识，分析了影响振动的相关因素，提出了大型汽轮发电机定子绕组端部振动固定结构和振动计算方法，以及防止振动的具体措施。
【关键词】汽轮发电机；定子；振动
随着现代科技的发展，国内外电力系统日益向超高压和远距离输电方向发展。电力行业中发电机的大容量、大输出是未来发展的必然趋势。随着汽轮发电机组及水轮发电机组向超大型发展，特别是高压、大电流的进一步提高，进而产生相应的振动，定转子系统的机电耦联振动、稳定性及动强度出现新问题，严重时会导致事故的发生。汽轮发电机定子绕组端部的振动的设计和制造中越来越引起重视的问题。大型汽轮发电机定子端部绕组部振动的安全性与可靠性，直接影响着整个机组和电网的工作状况，如果振动过大，会引起主绝缘磨损等，影响机组的安全运行，甚至导致严重的事故，因此，逐步掌握定子绕组端部的振动规律，防止共振发生，这就是对定子绕组端部结构的固有频率进行研究的目的。汽轮发电机端部结构设计关系到发电机端部绕组的振动大小，因此振动测试手段与方法也需要不断改进与提高。目前， 压电加速度测量系统更适用，它不需要考虑绝缘和屏蔽问题。
1.汽轮发电机定子绕组端部振动存在的问题
（1）定子端部绕组由于松动引起绝缘磨损甚至漏铜击穿等事故。槽内线棒组端部结构则类似悬臂梁，产生的振动远大于槽内线棒，从而导致线棒绝缘磨损，引起事故的發生。定子端部线圈绝缘被击穿，短路在汽机侧线圈烧断实心导线l5股，绝缘垫块脱落发生振动磨损线棒绝缘现象，出现端部空心导线振裂喷水。
（2）大交变电磁力作用下产生的振动过大问题。随着容量和电磁负荷的增大，大型汽轮发电机的安全运行对整个电网的安全、稳定至关重要。发电机定子绕组端部的电磁力的不断增加，振动的稳定性已成为确保汽轮发电机正常安全运行的一个重要环节。定子绕组端部在汽轮发电机运行中不断受到电磁力、机械力、电化学作用，使绑扎紧固件之间强度发生改变，造成绕组短路、端部线圈变形断裂、股线疲劳、焊口渗漏水等事故，对汽轮发电机的安全可靠运行造成了极大的危害在运行时定子端部，将导致绕组及其固定结构松动、绝缘磨损和疲劳断裂、绑带断开等现象而导致事故的发生。
2.大型汽轮发电机定子端部绕组的电磁固体振动发电机固定模式的研究
随着发电机组的运行，定子绕组的绝缘和机械强度会逐渐降低，振动磨损加大，绑扎紧固之间紧度也会改变，导致定子绕组的振动特性也在不断变化。为了增强端部绕组的整体性。通常情况下采用压板式固定结构，固定结构的发电机端部采用压板、绑环、支架的固定结构，通过涤玻绳绑扎形成一个圆锥体；绑扎式固定结构，是用无纬玻璃丝带浸透环氧材料后，将汽轮发电机端部采用绑扎式固定结构，上、下层线圈间还有4道绑环，用绑绳绑扎为一个整体；撑环与压板相结合的固定结构，适用于额定功率为 600MW型汽轮发电机。
3.大型汽轮发电机定子端部绕组的电磁固体模型计算
定子绕组端部结构很复杂，首先要确定一个简化的计算模型，根据它的几何参数和材料参数，通过试验模态分析，对定子绕组端部的振动特性进行进一步的研究。通常情况下，汽轮发电机定子绕组端部定子线棒出定子铁心槽处有一段直线部分，上下层线棒之间都用了玻璃纤维带绑扎，用螺栓将线棒固定在支架上，上层与下层之间用绝缘材料垫好，最后浇铸成一体，因此这网状结构可以简化成连续的壳体。定子线棒构成的壳体于支架之间有绝缘材料的环和垫，并用压板和螺栓之间的连接用杆单元描述。线棒构成的壳体由结构的实际尺寸确定，对象是汽轮发电机定子绕组端部的 200Hz以内的自然频率。选取当量连续壳体模型的一些几何和材料特性参数，求振动的计算模型。振型变化规律为晃动振型，椭圆振型，三角形振型，四边形振型和五边型振型等，改变频率的大小，振型的变化规律就会显示出来，计算模型的几何形状决定了固有频率的振型变化规律。椭圆振型，频率为62、三角形频率为72.5Hz、五边形振形，频率为88.8Hz，它的计算分析和试验模态分析都有很大的难度，要充分考虑定子线棒在轴向的伸缩程度，根据试验模态分析的结果识别出模型的一些特性参数，从而得到计算结果。其中比较普遍的就是数值计算法：为了减少电磁屏蔽等因素的影响，采用有限元方法计算端部磁场，忽略电流和场量的高次空间谐波，以虚拟的气隙回转电流来代替气隙的影响，得到了对定子端部绕组所受电磁力的求解，一方面求出端区各点的磁场值。另一方面是经过一定的简化，求出各绕组间的相互作用力，得到计算电磁力的计算式。
4.防止振动的有效措施
为了有效防止定子剧烈振动产生安全事故，具体措施就是加强端部固定，防止固件的松动和线棒绝缘磨损，避免振幅过高，保证汽轮发电机安全可靠运行。将端部结构分解成单个元件，计算确定各种材料的性质，通过试验计算合适的边界条件，对单个元件组合成整体进行分析计算。由于在线状况是处在高磁场、高电场、高温的环境中的，其振动特性与离线分析有一定的区别。因此直接安装一个光学振动监测系统，传感器设计上的脉冲数量与被测振幅成正比，测量轴向和周向的振动，就会出现振动磨损的部位。光传感器采集的信号通过电信号再送入AGM-P21信号处理模块，就可以直接计算出在电动力的作用下汽轮发电机定子绕组端部的振动，从而实现多功能的实时监测及报警。 [科]
【参考文献】
[1]李伟清.汽轮机电机故障检查分析及预防[M].北京：中国电力出版社，2002.
[2]涂光瑜.汽轮发电机及电气设备[M].北京：中国电力出版社，1998.
[3]周如曼.300MW火力发电机组故障分析[M].北京：中国电力出版社，2000.
[4]郗常骥.汽轮发电机故障实例与分析[M].北京：中国电力出版社，2002.
【关键词】汽轮发电机；定子；振动
随着现代科技的发展，国内外电力系统日益向超高压和远距离输电方向发展。电力行业中发电机的大容量、大输出是未来发展的必然趋势。随着汽轮发电机组及水轮发电机组向超大型发展，特别是高压、大电流的进一步提高，进而产生相应的振动，定转子系统的机电耦联振动、稳定性及动强度出现新问题，严重时会导致事故的发生。汽轮发电机定子绕组端部的振动的设计和制造中越来越引起重视的问题。大型汽轮发电机定子端部绕组部振动的安全性与可靠性，直接影响着整个机组和电网的工作状况，如果振动过大，会引起主绝缘磨损等，影响机组的安全运行，甚至导致严重的事故，因此，逐步掌握定子绕组端部的振动规律，防止共振发生，这就是对定子绕组端部结构的固有频率进行研究的目的。汽轮发电机端部结构设计关系到发电机端部绕组的振动大小，因此振动测试手段与方法也需要不断改进与提高。目前， 压电加速度测量系统更适用，它不需要考虑绝缘和屏蔽问题。
1.汽轮发电机定子绕组端部振动存在的问题
（1）定子端部绕组由于松动引起绝缘磨损甚至漏铜击穿等事故。槽内线棒组端部结构则类似悬臂梁，产生的振动远大于槽内线棒，从而导致线棒绝缘磨损，引起事故的發生。定子端部线圈绝缘被击穿，短路在汽机侧线圈烧断实心导线l5股，绝缘垫块脱落发生振动磨损线棒绝缘现象，出现端部空心导线振裂喷水。
（2）大交变电磁力作用下产生的振动过大问题。随着容量和电磁负荷的增大，大型汽轮发电机的安全运行对整个电网的安全、稳定至关重要。发电机定子绕组端部的电磁力的不断增加，振动的稳定性已成为确保汽轮发电机正常安全运行的一个重要环节。定子绕组端部在汽轮发电机运行中不断受到电磁力、机械力、电化学作用，使绑扎紧固件之间强度发生改变，造成绕组短路、端部线圈变形断裂、股线疲劳、焊口渗漏水等事故，对汽轮发电机的安全可靠运行造成了极大的危害在运行时定子端部，将导致绕组及其固定结构松动、绝缘磨损和疲劳断裂、绑带断开等现象而导致事故的发生。
2.大型汽轮发电机定子端部绕组的电磁固体振动发电机固定模式的研究
随着发电机组的运行，定子绕组的绝缘和机械强度会逐渐降低，振动磨损加大，绑扎紧固之间紧度也会改变，导致定子绕组的振动特性也在不断变化。为了增强端部绕组的整体性。通常情况下采用压板式固定结构，固定结构的发电机端部采用压板、绑环、支架的固定结构，通过涤玻绳绑扎形成一个圆锥体；绑扎式固定结构，是用无纬玻璃丝带浸透环氧材料后，将汽轮发电机端部采用绑扎式固定结构，上、下层线圈间还有4道绑环，用绑绳绑扎为一个整体；撑环与压板相结合的固定结构，适用于额定功率为 600MW型汽轮发电机。
3.大型汽轮发电机定子端部绕组的电磁固体模型计算
定子绕组端部结构很复杂，首先要确定一个简化的计算模型，根据它的几何参数和材料参数，通过试验模态分析，对定子绕组端部的振动特性进行进一步的研究。通常情况下，汽轮发电机定子绕组端部定子线棒出定子铁心槽处有一段直线部分，上下层线棒之间都用了玻璃纤维带绑扎，用螺栓将线棒固定在支架上，上层与下层之间用绝缘材料垫好，最后浇铸成一体，因此这网状结构可以简化成连续的壳体。定子线棒构成的壳体于支架之间有绝缘材料的环和垫，并用压板和螺栓之间的连接用杆单元描述。线棒构成的壳体由结构的实际尺寸确定，对象是汽轮发电机定子绕组端部的 200Hz以内的自然频率。选取当量连续壳体模型的一些几何和材料特性参数，求振动的计算模型。振型变化规律为晃动振型，椭圆振型，三角形振型，四边形振型和五边型振型等，改变频率的大小，振型的变化规律就会显示出来，计算模型的几何形状决定了固有频率的振型变化规律。椭圆振型，频率为62、三角形频率为72.5Hz、五边形振形，频率为88.8Hz，它的计算分析和试验模态分析都有很大的难度，要充分考虑定子线棒在轴向的伸缩程度，根据试验模态分析的结果识别出模型的一些特性参数，从而得到计算结果。其中比较普遍的就是数值计算法：为了减少电磁屏蔽等因素的影响，采用有限元方法计算端部磁场，忽略电流和场量的高次空间谐波，以虚拟的气隙回转电流来代替气隙的影响，得到了对定子端部绕组所受电磁力的求解，一方面求出端区各点的磁场值。另一方面是经过一定的简化，求出各绕组间的相互作用力，得到计算电磁力的计算式。
4.防止振动的有效措施
为了有效防止定子剧烈振动产生安全事故，具体措施就是加强端部固定，防止固件的松动和线棒绝缘磨损，避免振幅过高，保证汽轮发电机安全可靠运行。将端部结构分解成单个元件，计算确定各种材料的性质，通过试验计算合适的边界条件，对单个元件组合成整体进行分析计算。由于在线状况是处在高磁场、高电场、高温的环境中的，其振动特性与离线分析有一定的区别。因此直接安装一个光学振动监测系统，传感器设计上的脉冲数量与被测振幅成正比，测量轴向和周向的振动，就会出现振动磨损的部位。光传感器采集的信号通过电信号再送入AGM-P21信号处理模块，就可以直接计算出在电动力的作用下汽轮发电机定子绕组端部的振动，从而实现多功能的实时监测及报警。 [科]
【参考文献】
[1]李伟清.汽轮机电机故障检查分析及预防[M].北京：中国电力出版社，2002.
[2]涂光瑜.汽轮发电机及电气设备[M].北京：中国电力出版社，1998.
[3]周如曼.300MW火力发电机组故障分析[M].北京：中国电力出版社，2000.
[4]郗常骥.汽轮发电机故障实例与分析[M].北京：中国电力出版社，2002.