发电机振动故障原因分析及解决方法_罗域龙

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机电技术
2013 年 6 月
发电机振动故障原因分析及解决方法
罗域龙
(三钢集团有限责任公司设备动力部，福建 三明 365000)
摘 要：介绍了三钢集团公司 2#汽轮பைடு நூலகம்电机组振动故障情况，经过全面检测、分析、排查，诊断为发电机转子匝 间短路引起的振动。发电机解体检查发现转子绕组匝间短路严重，通过发电机转子大修等检修手段消除发电机组振动故 障，保证了 2#发电机组安全运行。
测量转子绕组的交流阻抗和功率损耗，是判 断转子绕组是否匝间短路的有效手段。试验接线 见图 2，测试数据见表 1。对各种情况下测得交流 阻抗值进行比较分析，发现在相同转速下电压越 高(安全电压范围内)阻抗反而越小。这说明转子
图 2 发电机转子绕组交流阻抗和功率损耗试验接线图
表 1 2#发电机转子交流阻抗及功率损耗
组进行轴瓦检查修复、轴系找正、在线动平衡试 验、汽轮机解体大修、机组基础注浆加固、机组 重装等检修项目，机组振动故障仍然无法消除， 且振动故障明显扩大。基本能够排除机械原因及 环境和人为因素引起的发电机振动。
经检测发现：2#发电机振动与发电负荷有关， 发电量越大，振动就越大；如未带负载，机组运 行正常。当励磁电流减小时，振动就会减弱，励 磁电流为零时，振动就会消失，初步判断发电机 振动与发电机不平衡电磁力有关。不平衡电磁力 又可分为轴向不平衡电磁力和径向不平衡电磁 力。轴向不平衡电磁力是由发电机定转子磁力中 心线不对中引起；径向不平衡电磁力是由定转子 气隙不均匀、转子绕组两点接地和转子绕组匝间 短路引起。由于本发电机径向振动远大于轴向振 动，因此可排除发电机定转子磁力中心线不对中 对发电机振动影响。通过对发电机组进行停机检 查，确认定转子气隙及发电机转子绕组绝缘对地 情况正常。综上所述，初步认定 2#发电机组振动 是由发电机转子绕组匝间短路引起的。
2012 年 9 月 15 日 2#发电机匝间短路情况恶 化，发电机转子励磁电流急剧增大，发电机无法 正常运行。在解体维修过程中，发现发电机转子 端部绕组匝间短路严重。匝间短路原因判断如下： 发电机运行环境恶劣(附近有一座高炉)，经过长 期运行，发电机转子吸入大量导电性粉尘，且发 电机制造工艺有缺陷，部分转子绕组间隙过小， 粉尘易粘结在绕组上，大量粘结金属性粉尘降低 绕组绝缘强度；发电机长久运行后，转子绕组在 受到向外离心力作用下，绕组之间出现一定松动 摩擦，长期摩擦使转子绝缘磨损破坏；发电机长 期满负荷运行发热严重，加速绝缘老化。在这几 种情况作用下，最后形成匝间短路。
5 结束语
三钢集团 2#发电机转子匝间短路是其振动故 障的主要原因，通过对发电机转子大修等检修措 施，发电机满负荷运行振动降至 4.0 mm/s 以下， 消除了发电机组振动故障，设备安全稳定运行， 各项指标正常。
参考文献： [1] 李伟清.汽轮发电机故障检查分析与预防[M].北京:中国电力出版社,2002. [2] 万书亭,李和明,李永刚.转子匝间短路对发电机定转子振动特性的影响[J].中国电机工程学报,2005(5):122-125. [3] 樊静,李俊卿.汽轮发电机转子绕组匝间短路时的电磁场分析[J].电力科学与工程,2010(3):10-13. [4] 李鹏,张玲,代国超.汽轮发电机转子匝间短路的分析及处理[J].水利电力机械,2007(12):123-126.
发电机正常并网发电运行时，发电机气隙磁 密分布均匀对称，通过电磁力转换，定转子之间 的电磁力分布也是均匀对称的。当转子绕组存在 匝间短路时，气隙磁密发生变化，绕组短路匝数 对应的气隙磁密相应减小，基于电磁力与磁密平 方成比例关系，将产生不平衡电磁力作用于转子， 激发转子产生与机械旋转同频率的振动。
发电机转子结构复杂，匝间绝缘薄弱，因制 造、安装、运行、维修等原因，常发生绕组匝间
11
900
170
50.1 3.392 8520.0
50
12 1200
170
51.1 3.326 8689.1
50
13 2600
170
55.3 3.073 9404.4
50
14 3000
170
55.0 3.093 9343.7
50
注：膛内、试验电压频率 50 Hz。
绕组在交流试验电压范围内有匝间击穿现象，表 明转子绕组有明显匝间短路现象。
序 转速 号 /(r/min)
电压 /V
电流 /A
阻抗 /Ω
功率损 /W
频率 /Hz
1
0
17
4.821 3.526 81.963
50
2
300
17
4.210 4.038 71.570
50
3
600
17
4.300 3.953 73.109
50
4
900
17
4.261 3.990 72.431
50
5
1200
17
作者简介：罗域龙(1978－)，男，工程师，从事电气设备管理工作。
第3期
罗域龙：发电机振动故障原因分析及解决方法
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短路故障，导致发电机励磁电流增大、机组振动 增加。判断发电机转子绕组匝间短路常用的方法 有转子绕组直流电阻、测量转子绕组交流阻抗和 功率损耗、直流压降计算法、励磁电流判别法等。 从方法的简便、可靠和灵敏程度来看，现场多采 用测量转子绕组交流阻抗和功率损耗法进行分 析，来判断转子绕组是否存在匝间短路。
图 1 2#机组轴系结构图
2 发电机组振动情况
2#发电机组 2004 年投入运行，日常发电量在 10～15 MW(根据蒸汽情况调节)，各项运行参数、 指标符合要求。2011 年 4 月 15 日起发现汽轮发 电机组 3#轴承径向振动超标，振动速率 12～14.5 mm/s，振动位移 0.11～0.137 mm；2011 年 10 月 11 日发电机振动有增大趋势，为了保证发电机稳 定运行发电量降至 11MW，3#轴承径向振动速率 达到 9.2 mm/s；2012 年 1 月 6 日起，发电量仅为 10 MW 时，振动仍然超标，当发电负荷降至 7 MW 时，各项运行指标正常。
3 机组振动原因分析
发电机组振动故障情况复杂，既有机械方面 原因也有电气方面原因。机械方面引起振动的原 因主要有：断叶片、动静部件摩擦、汽流激振、 转子突然受到外界大的扰动冲击、油膜振荡等； 电气方面引起振动的原因主要有：定转子磁力中 心不对正、定转子气隙不均匀、转子绕组两点接
地及转子绕组匝间短路等。 2011 年 4 月至 2012 年 7 月先后对 2#发电机
4 故障处理
通过上述原因分析，采取了如下解决方法： 1) 发电机转子绕组大修，加强绕组绝缘强 度，改进绕组制造工艺等。具体措施为：更换全 部槽绝缘及匝间垫条；更换引出线绝缘，新包 6 层 5440-1 云母带树脂薄膜；转子线圈匝间绝缘改 成槽内垫一层 0.2*3240 环氧布板，用 0.14*25 5440-1 云母带半叠包；转子端部的护环绝缘全部 换新的，套好后钻孔刷漆封口；转子端部支撑垫 块更换成整体扇形垫块；增加槽口绝缘强度，有 效防止嵌线和烘压时槽口绝缘的破坏等。 2) 发电机安装时加装密封胶垫，防止发电机 运行时粉尘进入发电机。
4.370 3.890 74.293
50
6
2600
17
3.860 4.404 65.622
50
7
3000
17
3.880 4.381 65.967
50
8
0
170
46.4 3.666 7883.3
50
9
300
170
44.0 3.864 7479.3
50
10
600
170
47.8 3.559 8120.3
50
关键词：汽轮发电机；转子匝间短路；振动
中图分类号：TM312 文献标志码：A 文章编号：1672-4801(2013)03-078-02
1 发电机组简介
三钢集团 2#发电机组汽轮机型号：N12-35， 为单缸直联带非调抽汽冷凝式汽轮机。发电机型 号为 QFW-15-2A，额定功率为 15 MW，发电机 冷却方式为空气冷却。该机组由汽轮机转子、发 电机转子组成轴系，其间为刚性联轴器联接，共 有 4 个轴承，机组轴系结构见图 1。