汽轮发电机定子端部的固有频率测试

刘晶石

(哈尔滨大电机研究所水力发电设备国家重点实验室，黑龙江哈尔滨 150040)

0 引言

近年来，国内外汽轮发电机由于定子绕组端部谐振，而引起绑绳、槽内紧固件、支架固定螺栓松动和线棒绝缘磨损的现象时有发生，因而开展汽轮发电机定子绕组端部动态特性的测试和评定工作十分必要。

汽轮发电机定子端部模态及引线的固有频率对定子的安全运行有较大影响。随着发电机单机容量的增加，定子绕组端部受到的倍频电磁力随之增大。汽轮发电机在运行过程中将受到椭圆形100 Hz电磁力作用，倘若定子椭圆型模态固有频率等于或者接近100 Hz，在运行中绕组端部将会产生较大的谐振振幅，进而可能引发共振并产生较大的振动，影响机组的正常运行。因此定子端部固有频率应尽量避开100 Hz。

按照有关测试规范要求，对汽轮发电机定子端部的固有频率和振型及引线的固有频率进行了测试以及评价。

1 测试仪器和方法

1.1 测试仪器

激振器:美国PCB公司生产的力锤。

拾振器:美国PCB公司生产的308B加速度传感器。

分析仪:RT Pro Photon信号分析仪。

1.2 测试方法

测试采用多点激振单点拾振法，即在测试部件上选一点拾振，并且在端部的压板上沿周向布置12个锤击点，测量力信号和加速度信号。把力信号、响应信号输入到信号分析仪系统中进行模态分析。

2 评定准则

本文汽轮发电机端部固有频率测试的主要评定准则是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。根据该标准，引线固有频率和端部整体的椭圆固有频率应避开100 Hz，具体要求如表1所示:

表1 透平型发电机定子绕组端部引线及整体椭圆固有频率要求

3 测试结果和分析

测试结果在RT Pro photon软件中进行分析。该汽轮发电机定子端部模态振型测试结果如表2所示。表中显示了发电机励端和汽端的固有频率以及模态振型。从表中可以看出，在发电机励端和汽端都存在95 Hz和110 Hz之间的椭圆模态振型，按照常规汽轮发电机定子端部动态特性评定标准视为不合格，然而国外对该机型定子动态特性评定标准认为定子端部响应比值小于440 mm·s-2·N-1为合格。测试结果表明该发电机定子励端和汽端测试最大响应比分别为0.48 mm·s-2·N-1和 0.58 mm·s-2·N-1，因此测试结果满足相关标准要求。

表2 端部固有频率和振型测试结果

该汽轮发电机定子端部引线数量多、结构复杂，引线编号如图1所示，其中按照端部位置分为1点、3点、5点、7点、9点和11点位置;按照引线上下分为上层引线和下层引线;按照每组引线位置分为1号、2号和3号。

图1 发电机定子端部引线编号

发电机定子端部引线固有频率测试结果如表3所示。从表中数据可以看出，在发电机端部引线中存在95 Hz和108 Hz之间的固有频率，按照常规汽轮发电机定子端引线动态特性评定标准视为不合格，然而国外对该机型定子动态特性评定标准认为定子端部响应比值小于440 mm·s-2·N-1为合格。测试结果表明该发电机定子端部引线测试响应比都小于440 mm·s-2·N-1，因此测试结果满足相关标准要求。

表3 端部引线频率值和响应比值频率值/Hz;响应比/mm·s-2·N-1

4 结语

该汽轮发电机励端和汽端都存在95 Hz和110 Hz之间的椭圆模态振型，而且定子端部引线中存在95 Hz和108 Hz之间的固有频率，按照常规汽轮发电机定子端部动态特性评定标准视为不合格。然而由于该机型的特殊性，需要采用国外对该机型定子动态特性评定标准来评定，即认为定子端部响应比值小于440 mm·s-2·N-1为合格。测试结果表明该发电机定子励端和汽端测试最大响应分别比为0.48 mm·s-2·N-1和 0.58 mm·s-2·N-1，定子端部引线测试响应比都小于440 mm·s-2·N-1，因此测试结果满足相关标准要求。