凝泵电机工频改变频控制振动分析及处理

邵晓斌 刘利强 张红强

内蒙古包钢（集团）电气有限公司 内蒙古包头 014010

大部分投产较早的电厂凝泵电机选型采用工频电机，凝泵电机立式结构，支撑刚度较底，变频运行后在某个频率段或某几个频率段下运行振动较大，有些振幅可达200μm，在这些频段下运行严重影响设备性能，本文通过研究电厂凝泵电机变频状态下振动的机理，通过提高检修精度，降低转子激励力的方法，保证工频电机在变频状态下良好运[1]。

1 电机故障诊断

1.1 电机故障现象

包头某发单厂主发电机容量600MW，配备2台2000kW立式凝泵电机，因生产计划需求主机降负荷运行，为降低能耗2018年A修期间，凝泵电机下线分解，常规三级保养，同时控制系统加装变频控制。

电机下线返修理厂解体，按电机三级保养工艺流程，定转子绕组清洗干燥，半成品试验合格，转子校准动平衡，轴承套激光熔覆后加工，更换新轴承后重新组装。组装后电机在立式电机试验平台试验合格出厂。

电机空试正常，传动侧径向0.7mm/s，非传动侧南北径向最大2.8mm/s，东西径向2.2mm/s，经过法兰面加垫调整，南北径向振速2.2mm/s，振幅30μm，东西径向2.0mm/s。连接水泵后试车发现65%-67%负载段，70%-72%负载段南北方向振幅可达200μm，东西方向振幅150μm左右，100%负载振幅只有35μm。水泵流量与转速成正比，在某个负载段振幅高，就相当于在某个转速段振幅高，100%负载对应电机转速为1446r/min，即转频24.1Hz，电机转速939r/min-968r/min振动较大，1012r/min-1041r/min，振动较大。

采用本特利SCOUT100振动分析仪采集起车数据，观察伯德图发现在15Hz-18Hz出现振幅突变，幅值突变同时相位也跟着突变，与共振特征非常类似，分析认为电机转速930r/min-1050r/min之间出现电机转频与系统某部件固有频率接近，激起共振，凝结水泵电机在工频状态高压运行起车过程快速跨过共振区间，凝泵电机可正常运行，改变频运行后，根据生产工艺要求，大部分运行时间在60%-80%负载区间运行，难免因振动大加速轴承磨损，造成设备状态裂化。

1.2 电机振动机理分析

根据起车过程伯德图分析，幅值相位在某个点发生了突变，电机转子、水泵转子的设计一阶临界转速均在设计运行转速之上，与设计运行转速相差较大，一般运行过程不会在运行转速之下发生共振现象。但是往往设备在实际运行中因联轴器变形或对中偏差，引起振动2倍频谱分量幅值较高，转速2倍频谱分量与电机转子、水泵转子或水泵轴系一阶临界频率接近或吻合，可能引起系统共振，另外工频电机改变频运行受变频器质量的影响，变频后导致输入电机的电流谐波太多，接变频电源导致定子电流畸变，进而引起磁场不均匀，因变频器的影响也可能能会引起共振。加之凝泵电机为立式结构，在这种状态下极易发生系统共振，印证了凝泵电机在939r/min-968r/min转速段，1012r/min-1041r/min转速段，存在共振导致振动较大。

2 故障处理

电机运行过程在特定的频段共振，因生产工艺要求必须在共振频段运行，必须消除共振。一方面可以通过改变设备本身结构，改变设备的固有频率范围，通过在电机本体加装加强筋板，或加强水泵支撑基础等，提升设备本身的刚性虽然解决以上频段的共振效果不是非常理想。

避免某个频段共振还可通过降低传动部件本身激励力的办法，引起电机激励力过大的因素一般是转子不平衡，磁场不均匀，两轴承同轴度偏差等因素，以上因素中提高转子动平衡精度较好实现，且效果明显[2]。

一般电机制造或修理过程仅在低转速校准转子动平衡，与电机高转速运行实际的不平衡位置有偏差。为了提升电机在运行过程中转子动平衡精度，采取现场校准转子动平衡的方法，降减小转子旋转过程的激励力。

为了避免电机现场分解，在电机非传动侧最末端加装了配重盘，如下图所示。

一般立式电机转子校准动平衡都在转子内侧风扇上加配重，但在电机运行过程无法不可能在内置的风扇上加配重，利用电机非传动侧漏出的轴端，在轴端部位加装φ500×20配重盘，在配重盘上提前钻36个φ18孔等分排列。

电机安装后带载起车，使用本特利SCOUT100振动分析仪采集非传动侧径向两个方向振动值。914r/min东西方向振速10.4mm/s，1020r/min南北方向振速13mm/s。电机更换轴承后工频50Hz，电机转速1460r/min，振动值偏大，因此考虑在高转速下先通过配重降低工频振动值，使用影响系数法在配重盘配重430g后，电机各转速段振动值如下表。914r/min东西振速1.9r/min，1020r/min南北方向振速4.1r/min。

考虑到电机运行在1020r/min-1110r/min转速段，振速值依旧较高超过，因此在1110转速下再次采用影响系数法重新配重90g后，通过两次配重校准，凝泵电机在各频段均可稳定运行，最大振速值2.9mm/s，采集两侧轴承座振速频谱图，1倍及2倍频率为主导频率，且幅值较小。

3 结语

凝泵电机工频改变频控制的越来越多，改变频控制后很多电厂凝泵电机存在某些频段振动异常的问题。凝泵电机下线检修过程工艺把控更严格，为消除气隙不均匀的影响，一般采用立式装配。

为了便于立式电机在线提高转子动平衡精度，电机分解检修过程在非传动侧轴的某个空闲位置加工轴肩，安装配重盘，一则可通过现场配重提升转子动平衡的精度，二则通过配重块的离心力去抵消其他非平衡因素的影响，从而解决立式电机振动问题。