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1、近期水轮发电机 / 发电电动机设备问题剖析,主 题,1 机组过速 / 甩负荷振摆恶化 周宁水轮发电机 瑞丽江水轮发电机 2 定子温升偏高 景洪水轮发电机 3 定子铁心磁化试验产生强烈振动和噪声 小湾水轮发电机 4 定子铁心烧损 宝泉发电电动机,5 磁极结构特点及其设计要求 6 磁极线圈甩出引发扫膛事故 水布垭水轮发电机 惠州发电电动机 西龙池发电电动机 结束语,交 流 内 容,1 机组过速 / 甩负荷振摆恶化 1.1 周宁水轮发电机 1.1.1 主要技术数据 SN/PN=139/125 MVA/MW 结构型式：上、下导，立轴悬式 UN=15.75kV 上机架径向支撑结构：6个径向千斤顶 COS
2、N=0.9 装机台数：2 nN=428.6 r/min 首台机投运年份：2004 nr=707 r/min,周 宁 发 电 机 总 装 配 图,分析表明，排除机组转动部分共振的可能性（厂家轴系稳定性计算满足要求） 多次超速动平衡配重试验解决无效 进一步分析认为，转速达到140% nN时上机架和定子机座系统出现明显的共振现象， 应分析其固有频率和振型 ANSYS有限元软件计算结果：1 阶固有频率为10.158Hz 机组过速达1.4 nN时频率（过速转频）为1.4428.6/60=10 Hz 结论：机组过速产生强烈振动是轴系转动激励引发上机架和定子机座系统的1阶模态共振造成的。振型为水平摆动。,1
3、.1.2 机组甩满负荷时各部位振摆幅值,1.1.3 过速产生强烈振动原因分析,1.1.4 治理方案/对策,提高上机架和定子机座联合单元的1阶固有频率 要求：额定转频（7.143 Hz）飞逸转频（11.783 Hz）1阶固有频率2倍额定转频（14.287 Hz）。 治理方案：在原有6个千斤顶正上方500 mm处，增设结构相同的6个千斤顶，对应的机坑混凝土内壁上安装基础钢板。实现1阶固有频率目标值约为13 Hz 经调保计算复核后决定：电气和机械过速保护整定值分别由143% nN138% nN和150 nN143 nN,1.1.5 应用效果,2台机的治理达到了预期效果，见下表,SN/PN =118/
4、100 MVA / MW 结构型式：上、下导，立轴悬式 UN =13.8 kV 上机架径向支撑结构：6个径向千斤顶 COSN = 0.85 装机台数：6 nN = 428.6 r/min 首台机投运年份：2008 nr = 680 r/min,1.2 瑞丽江水轮发电机,1.2.1 主要技术数据,1.2.2 过速产生强烈振动原因分析,除2#机，其余机组转速n1.4 nN产生强烈振动，上机架振幅高达2410 m 分析表明，排除机组转动部分共振的可能性 进一步分析,认为类似周宁机组，转速达1.40 nN以上时，上机架和定子机座系统出现明显共振现象 ANSYS有限元软件计算结果：1阶固有频率为10.4
5、5Hz 机组过速达1.45 nN时频率为1.45428.6/60=10.36 Hz 结论：机组过速产生强烈振动是轴系转动激励引发上机架和定子机座系统的1阶模态共振造成的。振型为水平振动。,1.2.3 治理方案/对策,1.2.4 应用效果,5台机的治理，达到预期效果。过速n1.45 nN时，上机架最大振幅为0.80 mm 2# 机未作加固处理，动平衡试验配重仅35 Kg（其余机组均为150 Kg250 Kg）,提高上机架和定子机座联合单元的1阶固有频率 要求：7.143 Hz（额定转频）11.332 Hz（飞逸转频）1阶固有频率14.287 Hz (2倍额定转频) 治理方案：在原有6个千斤顶上方
6、350 mm处，增设结构相同的6个千斤顶，且下机架基础板与支臂立筋各增焊2个立筋。实现1阶固有频率目标值12.8 Hz,高速（nN 375 r/min）大容量机组应讲究机组对中、盘车找摆度 动平衡试验应精细、准确、配重科学、合理。应在 n=（1.11.2）nN工况配重试验。瑞丽江2#机经验可取。 坚持上机架传力设计三要素（上导轴承处刚度足够、满足事况工况下机组稳定要求、科学合理选择径向支撑结构）。不要轻易提出全部径向力转换为切向力的支撑结构。 结构型式选择对振动的影响 悬式结构的定子及上机架系统的固有频率较半伞式的低，相对易引发过速振动 半伞式机组现场轴线对中、盘车易达标 性能指标，维护检修、
7、安装高程等应全面衡量 探讨招标文件技术规范提出相关补充要求/说明必要性,1.2.5 经验/启示,2 定子温升偏高 2.1 景洪水轮发电机 2.1.1 主要技术数据 SN/PN=389/350 MVA/MW Di=18130mm UN=18 kV Lt=1800mm COSN=0.9 结构型式：上、下导，立轴半伞式 nN=75 r/min 上机架径向支撑结构：八卦多边形切向支撑 nr=150 r/min 装机台数：5 首台机投运日期： 2008.6.19,2.1.2 投运后、通风改造前定子温升 景洪发电机自投运后，存在定子温升偏高现象，具体如下： 铁心最高温度=74.2 铁心最高温升=34.2
8、K 线圈测点温度=121.6 线圈测点温升= 81.6 K 线圈最高温度=138.9 线圈最高温升= 98.9 K,2.1.3 通风改造后定子温升 期望通过下述改进措施降低定子线圈温升 主要改进措施（共12种措施） 在转子支架上装设挡风圈（1#5#机） 在转子磁轭上装设导风叶（1#5#机） 转子下进风洞尺寸封堵500 mm（2#、4#机） 转子支架间装设隔板（2#、4#机） 定子铁心增长20 mm（1#、2#机） 定子线棒上、下端部装设磁环片（4#机） 改变定子线棒换位长度（2#机） 上、下端部进风口处装设挡风圈等（1#5#机）,5台机通风试验数据如下：,推算至P=PN 定子线圈温升,小结：采
9、取12种改进措施，虽使定子温升得到一定改善，但线圈温升与同类机组相比 仍显偏高。治标而未治本。,2.1.4 定子温升偏高原因分析 通风不善 漏风严重，线棒端部风速过低，导致绝缘盒温度过高而烧裂（通过改造后，已解决） 上、下部风路循环不正常（如1#、3#机） 线棒股线尺寸选择不当 上、下层线棒股线数：38/34(2.810.6),电密=2.817/3.145 A/mm2 电密及热负荷并不太高，但大容量导致大电流，需增加股线数，增加用铜量 宽而厚（2.810.6）的股线导致股线换位难（Lt=1800 mm）与用铜量增加的矛盾，最 终引发附加涡流损耗大、线圈温升高（计算值为74.8 K） 计算表明：
10、景洪发电机定子线棒平均涡流系数分别比同容量等级的公伯峡、水布垭、漫 湾高出61%、32%、74% 换位不良 实测表明，同槽线棒轴向温差大，约达30 K 换位角度需改善 槽形高、宽比小，散热能力差 按经验：hs/bs = 5.58.5 景洪发电机：hs/bs = 4.89 偏小，线棒热量难以通过铁心散出,2.1.5 治理方案/对策 原定子铁心全部运回工厂扩槽、更换上、下层线棒 槽深由149 mm171 mm，上、下层线棒股数：56/46(2.3611.2), 电密： 2.152/2.62 A/mm2 铁心内径由18160 mm 18166 mm （单边增大3 mm） 上、下铁心端部与齿压板间增设
11、风路，冷却铁心端部、压指和压板 损耗及温升计算对比 线棒损耗由1267.5 kW 970 kW(下降24%) 线棒温升（RTD）降低约19.7,主要电气参数得到改善，欠励进相运行稳定性提高,2.1.6 经验/启示 高度重视电磁方案优化选择 科学合理选择铁心内径、长度（GD2、温升、效率等） 与性能（电气参数）、发热（温升）及稳定有关尺寸的合理匹配和优化（hs/bs，ab等） 计算值与保证值的巧妙控制（温升、Xd、Xd等） 确保通风系统的设计方案与实际运行相符,定子铁心磁化试验产生强烈振动和噪声 3.1 小湾水轮发电机 3.1.1 主要技术数据 SN/PN=778/700 MVA/MW D i/
12、 Lt =11600/3650 mm UN=18 kV 结构型式：上、下导，立轴半伞式 COSN=0.9 上机架径向支撑结构：斜支臂径、切向支撑 nN=150 r/min 装机台数：6 nr=290 r/min 首台机投运年份：2009,3.1.2 铁心磁化试验状况 现场磁化试验过程产生强烈振动和噪声，铁心和机座最大振幅值超过仪表量程范围 定位筋与托块及托块与机座连接焊缝振裂 分别采用定子吊具或上机架以及拉筋轴向固定/和或径向固定机座均无效 测试数据汇总,3.1.3 振动和噪声异常原因分析,分析表明，排除铁心穿心螺杆产生共振的可能性,单位：Hz, 计算显示，机座的固有频率远高于电网频率 计算显
13、示，铁心的“0”节点固有频率与电网倍频接近,磁化试验工况，机座与铁心可视为两个独立的圆环，应分别计算其固有频率,图 1 铁 心 4 节 点 振 型,图 2 铁 心 6 节 点 振 型,图 3 水 平 晃 动 振 型,图 4 铁 心 “0” 节 点 振 型,1# 机现场机座实测频率：215、225、236、249 Hz 等，远高于100 Hz 1# 机现场铁心实测频率：107、188、216 Hz 等，与“0”节点的计算值接近 1#、2# 机铁心磁化试验铁心的 “0” 节点固有频率与电网倍频（100 Hz）接近， 产生 “呼吸型” 共振 铁心最高温升、最大温差符合GB/T 20835规定（Tma
14、x25 K 、T15 K ）， 强烈振动导致铁心背部叠片短路是2# 机铁心比损耗偏大、温升偏高主要原因,结 论,3.1.4 治理方案/对策,采用ALSTOM建议的低磁通测量法,电源：220V/10A 环形励磁，磁感应强度：0.03 T 0.2 T 测量原理：低感应法测量漏磁通，可反映铁心长度为3.5 mm至10 mm之间短路 点的感应电压幅值和相位 检验标准：测点损耗低于15 W不必治理，超过15 W应处理 GB/T 20835 高磁通与低磁通（DIRIS LOW INDUCTION TEST）铁损试验方法 特点比较,采用改变励磁电源频率测量法, 变频器参数 容量：3000 KVA 输出额定电
15、压：10 KV 输出额定频率：050 Hz 冷却方式：水冷,基于GB/T 20835，采用降低磁密的测量方法,试验磁通密度由1.092 T0.588/0.551 T,以降低铁心振动和噪声 3#、4#机铁心磁化试验数据如下： 磁通密度：0.588/0.551 T 最高温升：6.4/5 K 最大温差：2.2/7.9 K 铁心比损耗：1.591/1.660 W / kg,3.1.5 经验 / 启示,坚持执行GB/T 20835的必要性：全面、真实、有可比性 探讨招标文件技术规范提出相关补充要求/说明必要性,4 定子铁心烧损 4.1 宝泉4#发电/电动机 4.1.1 主要技术数据 SN/PN=334/300 MVA/MW 结构型式：上、下导，立轴悬式 UN=18 kV 上机架径向支撑结构：斜支臂径、切向支撑 COSN=0.9 /0.95 装机台数：4 nN=500 r/min 首台机投运年份：2009 Di / Lt =4670/2930 mm,2009.10.23 抽水调相工况并网，未发现异常 10月27日空载开路试验，升压至22.5
