发电机定子绕组端部固有振动频率测试及模态分析
隐极同步发电机定子绕组端部动态特性和振动测量方法及评定

中华人民共和国国家标准隐极同步发电机定子绕组端部动态特性和振动测量方法及评定Measurement method and evaluation criteria of dynamic characteristic and vibration on stator end windings of cylindrical synchronous generatorsGB/T 20140-2016代替GB/T 20140-2006发布日期:2016年2月24日实施日期:2016年9月1日中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会发布前言本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本标准代替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》。
与GB/T 20140-2006相比,主要差异如下:——修改了标准的名称(见封面,2006年版的封面);——修改了标准的适用范围(见第1章,2006年版的第1章);——增加了对转速为1500r/min、1800r/min的4极发电机的评定准则(见6.1);——增加了响应比的测试方法和用响应比评定动态特性的准则(见6.1);——增加了对通频(频率范围为大于或等于转频)的振动限值和评定准则(见6.2);——增加了附录A的内容(见A.3、A.4和A.5)。
本标准由中国电器工业协会提出。
本标准由全国大型发电机标准化技术委员会(SAC/TC 511)归口。
本标准起草单位:哈尔滨大电机研究所、东方电气集团东方电机有限公司、上海电气电站设备有限公司发电机厂、华北电力科学研究院有限责任公司、国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院、国网湖北省电力公司电力科学研究院、北京四方继保自动化股份有限公司、中广核工程有限公司、北京北重汽轮电机有限责任公司、国网山东省电力公司电力科学研究院。
本标准主要起草人:阙广庆、陈昌林、胡建波、钟苏、白亚民、王健军、王劲松、阮羚、刘全、李祚滨、顾俊果、孙树敏。
汽轮发电机定子绕组端部振动模态分析

汽轮发电机定子绕组端部振动模态分析田科技;孙首群;栾本言;曲兆晖【摘要】结构振动问题在大型汽轮发电机中普遍存在,尤其定子端部绕组的振动问题最为突出。
定子绕组端部的振动模态分析是减小端部振动的有效手段。
利用三维有限元法模态分析,通过比较、分析发电机定子绕组端部振动系统的固有频率在不同模型结构和绕组安装工艺条件下的变化,总结出线棒的截面结构和加固结构对电机固有频率的影响规律。
通过比较完整系统的模态分析计算结果和实测结果,证实了模态分析计算的有效性。
分析结果对定子绕组端部结构设计和安装工艺有很大指导意义。
%There usually exists the problem of structural vibration in large turbo-generators, especially the vibration of the stator end winding. In this paper, modal analysis of the stator end winding is done. Three-dimensional finite element model for the stator end winding system is established and its natural frequencies and the corresponding modals are obtained. Then, the natural frequencies of the system with different structure and winding assembly process are analyzed and compared. The influence of the cross-section of the winding bar and the reinforcement of the structure on the natural frequencies is summarized. The validity of modal analysis is proved by comparing the results of the modal analysis with the measured results of a complete structure. The research work is helpful for design and assembly of the stator end winding.【期刊名称】《噪声与振动控制》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】4页(P33-36)【关键词】振动与波;汽轮发电机;定子绕组端部;固有频率;有限元;加固结构【作者】田科技;孙首群;栾本言;曲兆晖【作者单位】上海理工大学机械工程学院,上海 200093;上海理工大学机械工程学院,上海 200093;上海理工大学机械工程学院,上海 200093;上海理工大学机械工程学院,上海 200093【正文语种】中文【中图分类】TH113.1;0241.82随着汽轮发电机单机容量的增大,端部绕组所受的电磁力随之增大,从而激发起端部绕组相应的振动。
GB 50150—2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》修订说明

试验作参考 。对於 出厂试验或其他探索性试验不 包括在本标准范 围内。因此如发电机部分 的定子 铁芯试验、测量超瞬态电抗和负序电抗等这些 出 厂试验或型式试验项 目被取消 ,而增加了定子绕 组端 部 固有 振 动频率 测试 及模 态分 析 、定 子 绕组 端部线包绝缘施加直流电压测量 。
模 态 分析 在 电厂的运行中,由于电机端部、引线因磨损
造成故障已发生多起 。国内各科研机构 、业 内人士 对此也作 了很多工作 。这次修订中对试验标准进 行 了反复讨论 。考虑本试验是有一定难度的特殊 试验项 目,故标准中定为当制造厂 已进行过试验 , 且 有 出厂试 验 报告 时 。可不进 行试 验 。但根 据 实 践 ,该试验的条件 、试验结果的分散性 比较大。有 时制造厂的试验结果与现场试验结果相差较大 , 所以如果有条件时,如 已请 了较高级的专业试验 机构做别 的特殊试验项 目。可同时安排本项 目试 验时 ,尽可能安排此试验 ,一方面可以验证出厂试 验数据 ,另一方 面可留下安装原始数据 ,为将来运 行、检修提供参考数据。
3)发 电机定子绕组端部现包绝缘施加直流电 压 测 量 ,为对 大 型 发 电机 环 形 接 线 、过 渡 引线 、鼻 部手包绝缘、引水管水接头等处绝缘的捡查 。本标 准对施加电压值作了规定 。评定标准为“所测表面 直流电位应不大于制造厂的规定值”。是根据 防止 电力生产重大事故 的二十五项重点要求编写 的。 和 《电力设备预防性试 验规程 ̄DLfr 596的规定 相统一 ,便於供以后检验时参考 。 3.3变压 器试 验标 准修 改
2 修订 的原则
修订本标准的原则是要肓先进性、有 实用性 执行本标准达到促进我 国电力工作 的发展进步 , 适应电力工业发展的需要 。修订后 的标准要对施 工验收工作具有指导性、操作性 ,具有和其他现行 标 准 、规 范 的相 容性 。
机组定子端部模态试验方法与分析

机组定子端部模态试验方法与分析发表时间:2020-12-10T05:35:02.758Z 来源:《河南电力》2020年7期作者:周勇[导读] 为保障机组安全稳定运行,机组在出厂前、新机交接、运行时出现线圈磨损或松动等异常时、大修检查时进行定子端部模态试验十分有必要。
(湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司湖南省长沙市 410213)摘要:定子绕组端部结构的优化设计使定子绕组端部的整体固有频率避开95-110HZ,但因制造、安装或运行中的冲击现象,部分机组的定子绕组端部的固有频率可能落入95-110HZ范围之内,容易发生因振动引起的机组定子绕组端部故障。
为保障机组安全稳定运行,机组在出厂前、新机交接、运行时出现线圈磨损或松动等异常时、大修检查时进行定子端部模态试验十分有必要。
关键词:定子端部模态试验;试验方法;数据统计分析1 引言随着电力系统技术发展,装机单机容量不断增加,定子绕组端部受到的两倍频电磁力随之增大。
如果定子绕组端部的固有频率接近100HZ,将发生谐振,从而可能因振幅过大而发生结构松动、磨损、绝缘损坏等现象,甚至断裂等故障,严重威胁机组的安全运行。
因此有必要对机组进行定子端部模态测试定子线棒和引线固有频率测试,检查定子设备状态,及时发现和处理发电机运行中定子绕组潜在或发展中的故障,采取防止振动的有效措施,确保设备安全稳定运行。
以下结合某电站3号机组定子绕组端部模态试验探讨一下试验内容要求、方法和数据统计分析。
2试验内容及要求2.1定子线棒固有频率测量对定子线棒上下两端进行固有频率测量;要求:1)测量每根线棒上端部的径向固有频率。
2)测量每根线棒下端部的径向固有频率。
2.2定子端部模态数据测量及分析在定子线棒上下两端分别进行模态测试,并给出定子端部整体模态;要求:取线棒上、下端部的二个支持环作为试验圆周,每个圆周上取16个测点,共有2×16个测量点。
测量上、下线棒端部的整体模态。
3 试验方法和数据统计分析3.1定子线棒径向固有频率测量测量定子线棒径向固有频率,线棒下端部有300个,线棒上端部有240个。
发电机定子绕组端部固有频率测试及模态试验分析研究

GA ( )— — 输 入 ( 励 )信 号 f ()和 输 出 厂 激 £ ( 应 )信 号 z()的互 功 率 谱 。 响 £ 相 干 函 数 的 值 总 是 在 0 l之 间 。 当 它 接 近 l 4 时 ,说 明 f ()和 z ()间 有 良好 的 因果 关 系 ;当 £ £ 它 明 显 小 于 1时 , 明 受 到 干扰 噪 声 的 “ 染 ” 说 污 ,或 者 系统 具 有 非 线 性 特 性 。传 递 函 数 ( 响 函数 ) 幅 频 值 曲线 的 峰 值 或 其 虚 部 曲 线 的极 值 ( r 厂)接 近 在 (
王 天 正
( 西 电 力 科 学研 究 院 , 山 西 太 原 山 0 00 ) 3 0 1
摘 要 :对 发 电机 定 子 绕 组 端部 固有 频 率 的 测 试 及 模 态试 验 分 析 作 了简要 的 介 绍 ,对 端 部 绕 组振 动
的 在 线 监 测 作 了 简要 分析 , 同 时提 出 了一 些 个人 看 法 。 关 键 词 :发 电机 ;绕 组 端 部 ; 固有 频 率 ; 测 试
2 1 基本 原 理 .
固 有 频 率 指 线 性 系 统 自 由振 动 的频 率 ,当 信 号
f ()和 z ()分 别 为 某 系统 的输 入 ( 励 )和 输 出 £ £ 激
( 应 )信 号 时 , 态 信 号 分析 仪 按 下 列 关 系求 得 系 响 动
统 的 传 递 函 数 ( 响 函 数 ) ( 和 相 干 系 数 频 H f)
率谱 ;
G 厂)— — 输 出 ( 应 )信 号 z ()的 自功 ( 响 £
率谱 ;
的 影 响 ,将 受 到 二 倍 工 频 径 向交 变 力 的 作 用 。 由 于 端 部 线 棒 渐 开 线 形 状 不 规 整 ,许 多 垫 块 与 线 棒 间 只
发电机定子绕组端部模态振型分析

发电机定子绕组端部模态振型分析1.发电机定子绕组端部的结构特点发电机定子绕组端部是指定子绕组从槽垂直升起,连接到末端的部分。
其主要由绕组导线、绝缘材料、端头及连接器等组成。
在运行中,定子绕组端部容易受到电磁力的作用,从而引起振动和应力的集中。
因此,对于发电机定子绕组端部的振动特性进行分析,可以揭示其结构的强度和稳定性等方面的问题。
2.模态振型的定义和计算方法模态振型是指机械系统在自由振动过程中各部件的振动形态。
对于发电机定子绕组端部而言,其模态振型可以通过有限元方法进行计算。
有限元法是一种基于离散化的数值计算方法,将连续系统离散化为有限个子域,通过计算子域之间的相互作用来描述整个系统的运动规律。
3.模态振型分析的意义模态振型分析可以揭示发电机定子绕组端部在运行过程中的振动特点和模态分布情况。
通过对模态振型进行分析,可以了解发电机定子绕组端部的结构强度、稳定性和振动响应等方面的问题。
同时,模态振型分析还可以为发电机的结构优化和故障诊断等提供参考依据。
4.常见的模态振型分析方法常见的模态振型分析方法主要包括有限元法、模态测试法和解析法等。
其中,有限元法是一种计算机数值方法,通过对有限元模型进行求解,可以得到发电机定子绕组端部的模态振型和频率响应。
模态测试法是通过实际测试,通过检测和分析振动信号,得到发电机定子绕组端部的振动模态。
解析法是通过解析方程,得到发电机定子绕组端部的模态振型和频率响应。
总结起来,发电机定子绕组端部的模态振型分析对于发电机的性能分析和故障诊断具有重要的意义。
通过对发电机定子绕组端部的模态振型进行分析,可以揭示其结构的强度和稳定性等方面的问题,为发电机的结构优化和故障诊断提供参考依据。
常见的模态振型分析方法包括有限元法、模态测试法和解析法等。
DL/T735-2000大型汽轮发电机定子绕组端部动态特性的测量及评定

DL/T735-2000⼤型汽轮发电机定⼦绕组端部动态特性的测量及评定⼤型汽轮发电机定⼦绕组端部动态特性的测量及评定DL/T735-2000DLLT735-2000前⾔随着发电机单机容量的增加,定⼦绕组端部受到的两倍频电磁⼒随之增⼤。
如果定⼦绕组端部的固有频率接近1001IZ,在运⾏中绕组端部将会产⽣较⼤的谐振振幅,且以绕组端部整体模态频率接近1001z、振型为椭圆时最为严重近年来,国产和进⼝⼤型汽轮发电机由于定⼦绕组端部谐振或其他原因,绑绳、⽀架固定螺栓、槽内紧固件松动和线棒绝缘磨损的现象时有发⽣,因⽽开展发电机定⼦绕组端部动态特性的测量和评定⼯作⼗分必要。
本标准对⼤w汽轮发电机定⼦绕组端部动态特性的fi1量⽅法和评定准则作了具体规定。
本标准从⽣效之⽇起,电⼒⾏业有关规定中所有涉及发电机定⼦绕组端部动态特性的测量及评定的部分,凡与本标准相抵触的,以本标准为准。
本标准的附录A是提⽰的附录。
本标准由电⼒⾏业电机标准化技术委员会提出并归⼝。
本标准负责起草单位:⼭东电⼒研究院;参加起草单位:华北电⼒科学研究院,东北电⼒科学研究院。
本标准主要起草⼈:孙树敏、王⽂琦、⽩亚民、马庆平、⾼波、孟瑜。
本标准由电⼒⾏业电机标准化技术委员会负责解释。
1056DL/T735-2000⽬次前⾔,.....,..,.,...,,...,,....,,,......,,....,.,.....,,,........。
.............,.................,.. (1056)1范围·····································...............................................···········⼀10582引⽤标准 (1058)3定义.....................................................,......,..............,....,, (1058)4测量项⽬和⽅法········,,···························,,··························,,············⼀10595测量设备和模态分析软件要求·····,,······,····························,,,................·⼀10606测量条件.............,............,,....,,......................................., (1061)7评定准则...................................................,.....,.............................., (1061)附录A〔提⽰的附录)模态分析的⼀般⽅法.,...................44...............,,.....,.. (1061)1057中华⼈民共和国电⼒⾏业标准⼤型汽轮发电机定⼦绕组端部动态特性的测量及评定DL/T735-2000Measurementandevaluationofthedynamiccharacteristic onstatorendwindingsofthelargeturbo-generator范围本标准规定了⼤型汽轮发电机定⼦绕组端部动态特性的测量⽅法及评定准则。
汽轮发电机定子端部的固有频率测试

号、 2号和 3号 。
频率值/ H z ; 响应  ̄ L / mm ・ S ・ N
3点 9 点
图1 发 电机 定 子 端 部 引 线 编 号
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 1 2 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
2 0 1 3 . N o . 4
汽 轮 发 电 机 定 子 端 部 的 固有 频 率 测 试
试 验 与 检测
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 1 5 0 0 4 0 )
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 ,
表 3 端 部 引线 频 率值 和 响 应 比 值
引线 编号 如 图 1所 示 , 其 中按 照端部 位 置分 为 l点 、
必要。
激振 器 : 美国 P C B公 司生产 的力锤 。
拾振器 : 美国 P C B公司生产 的 3 0 8 B加速度传
感器 。
分析 仪 : R T P r o P h o t o n信号 分析 仪 。
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发电机定子绕组端部固有振动频率测试及模态分析
摘要:本文主要介绍发电机定子端部绕组进行固有频率测量及模态试验分析方法,定量分析端部绕组的振动状态,通过每次试验的结论,对比历史数据和比较
趋势,发现未来运行中的事故隐患,从而避免由发电机定子绕组端部振动过大引
起绝缘磨损进而引发短路事故。
关键词:定子绕组端部固有振动频率模态分析
一、前言
随着发电机单机容量的增加,定子绕组端部受到的两倍频电磁力随之增大。
如果定子绕组端部的固有频率接近100Hz,在运行中绕组端部将会产生较大的谐
振振幅,且以绕组端部整体模态频率接近100Hz,振形为椭圆时最为严重。
发电机定子端部绕组松动、磨损造成发电机定子短路、接地的事故时有发生,造成了巨大的直接经济损失和间接经济损失。
给社会生活和生产带来很大危害。
因此,对发电机定子端部绕组进行固有频率测量及模态试验,定量分析端部绕组
的振动状态,成为加强对发电机定子端部绕组松动、磨损的有效检查手段之一,
也是预防发电机事故的重要措施之一。
发电机定子绕组端部机械振动模态测量属无损检查性试验,可由试验结果预
测发电机实际运行时端部的振动状态,不但每次试验的结论可指导发电机的维护
和检修,而且通过对比历史数据和比较趋势,可以帮助发现未来运行中的事故隐患,对避免由发电机定子绕组端部振动过大引起绝缘磨损进而引发短路事故有重
要的指导意义。
二、固有频率测量及模态试验
1.测点的要求
1.1测点位置
能够在发电机定子结构变形后明确显示试验频段内所有模态的变形特征和模
态间的变形区别。
1.2测点数量
测点数量不应少于定子槽数的一半。
根据实际情况在汽励两侧定子绕组端部
锥体内截面上取3个圆周,在圆周上均匀选取发电机端部上层线棒做为测试点。
根据测试实现的难易程度选择单点激振法还是多点激振法。
2.加速度传感器的固定
用真空泥(或其它粘接物)将加速度传感器临时固定于被试线棒上。
1.4激振方式
激振方式是锤击法。
根据测试实现的难易程度选择单点激振法还是多点激振法。
1.5测量系统
1.5.1发电机定子绕组端部振动特性测量系统通常由测试对象(发电机定子绕
组端部)、激励环节(冲击力锤)、测量环节(力传感器、加速度传感器、电荷
放大器、信号采集器)、分析环节和检测环节(动态信号分析仪和模态分析软件)构成。
系统构成见图1。
图1:发电机定子绕组端部振动特性测量系统示意图
1.5.2测量系统及连接的要求
模态测量系统连接引线、屏蔽和接地必须十分仔细,否则可能有很大的干扰
信号造成相干函数值较小,数据的可信度降低。
在模态试验中频响函数的相位信息很重要,为避免测量系统的相移带来大的
误差,所采用的传感器、电荷放大器及分析仪的工作频率范围应在1 Hz~2 kHz
范围内。
1.6 测量方法
目前通常采用的激振方式是锤击法,锤击法属宽频带瞬态激振,在线棒上的
冲击激励作用时间短,输入能量少,激励信号和响应信噪比一般都比较低,测量
可以采用一点激振多点响应或多点激振一点响应方法。
1.7测试
用力锤锤击固定有加速度传感器的线棒,频谱分析仪上显示出两条曲线,即
频响函数曲线和相干函数曲线,相干函数接近于1的频响函数曲线的峰值处就是
该线棒的固有频率。
用锤击法分别对励侧和汽侧端部每一绕组进行测试,取得其固有频率。
用锤击法分别对励侧和汽侧进行测量,分别取得其频响函数
应变换几次激振点或拾振点的位置,检查是否有遗漏的模态。
三、定子绕组端部振动测量信号分析与处理
1.频响函数的计算
如果仅在输出端含有噪声,如图2所示,测得的响应为:
式中:X(ω)——测得的加速度信号的傅氏谱;
H(ω)——系统的加速度频响函数;
F(ω)——激振力的傅氏谱;
N(ω)——输出端噪声的傅氏谱。
图2:输出端噪声的模型
对m次测量,最佳频响函数的估计值为:
在线性系统的假设下,若无噪声的影响,COH(ω)=1;如果输出端有噪声,取适当的平均次数m可以令(ω)逼近真值H(ω),COH(ω)逼近1。
如果输入端也有噪声,如图3所示,不论进行多少次平均也不能测到真实的
频响函数,但可以用相干函数值评价噪声对频响函数的影响。
COH(ω)=1表示
响应完全是由激励引起的,一般COH(ω)>0.9表明数据可以采信,值越小,表
明信噪比越差。
图3:输入端噪声的模型
如果系统线性度差,例如,测量对象的某个联接处存在松动(如忘记拧紧螺母)等非线性情况,也会在相干函数中表现出来,线性度越差,相干函数值越小。
图5是敲击某线棒的力脉冲信号及其响应的时间波形和频谱分析,图6是
对应的加速度机械导纳曲线(幅频和相频曲线)以及相干函数。
2.模态参数的识别
发电机绕组端部振动的模态参数识别通常用数值迭代法。
首先,整体拟合发
电机绕组端部的振动模态,即将所有测点的频响特性曲线进行平均,得到一条集
总平均曲线。
在该曲线上选取固有频率和阻尼的初始估计值,应用最小二乘法
(即使频响函数的实测值与理论值之间的总方差最小,求取其它参数,通过偏差
控制,逐步改进固有频率和阻尼值,经多次迭代满足收敛条件后,得到了逼近实
际系统的数学模型。
四、模态分析结果的判定
1.通过定子绕组端部模态分析可以得到端部的固有振动特性(固有频率、阻尼、振型),要正确评判发电机的端部振动特性还必须考虑绕组是否通水,通水
温度、绝缘老化及端部引线结构等因素对模态参数的影响。
2.线棒温度对端部模态的影响
发电机运行中铁芯、线棒的温度高于环境温度,并随负荷的变化改变。
线棒
的绝缘、绑绳以及各种适型材料受热后导致端部整体刚度
降低,模态频率呈下降趋势,阻尼会有所上升。
阻尼的上升会减小实际振动
的振幅,模态频率下降一般在5~10 Hz左右。
3.内冷水对端部模态的影响
绕组通入内冷水,增加了端部结构的等效质量,也会造成模态频率的下降,
影响在1~3 Hz左右。
4.绝缘老化对端部模态的影响
运行多年的发电机线棒绝缘、绑绳、槽内紧固件因振动磨损、老化等原因,
各部件之间的连接紧度会有所降低,机械强度、弹性也逐年下降,模态刚度和阻
尼下降,因而端部模态频率随发电机的运行年限呈下降趋势,但振动振幅有增大
趋势,在大修中应检查这些变化。
5.引线对端部模态的影响
发电机定子绕组的6根引出线在励侧,汽侧绕组在结构上是轴对称的。
励侧
由于引线的存在,固定结构比汽侧复杂,过渡引线一般呈半圆形固定在绝缘支架
的背部,它无形中起到加强整个端部固定支撑的作用。
定子绕组端部振动磨损严
重或因磨损发生事故的多在汽侧,这是由两侧的固有振动特性决定的。
评估发电机定子绕组端部的振动特性,应根据试验得到的模态频率、振型以
及阻尼,并综合考虑以上各因素,预测发电机端部在实际运行中的振动响应。
五、发电机端部振动的预防措施
1.提高振动阻尼
通过模态分析等手段获得发电机定子绕组端部的振动特性后,必须根据测试
结果采取相应的措施。
在明显绝缘磨损、绑绳或压板松动等情况的发电机应引起
高度重视,大修中必须对绑扎固定结构进行重新绑扎加固处理,以提高振动阻尼,降低振动的振幅,减小振动强度。
2.加强在线监测
对于端部结构确实存在100 Hz左右椭圆振型,虽进行处理,但模态参数仍不
见较大改变的情况,除在运行中加强监视外,建议安装发电机定子绕组端部振动
在线监测装置,以便实现早期故障报警。
采取措施避免严重相间和相对地短路事
故的发生。