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1、发电机常见故障分析及诊断,主要内容,故障的分类介绍 第一节 机械故障的分类的原因与检测 第二节 噪声异常 第三节 漏水 第四节 漏氢 第五节 过热故障,机械故障的分类,转子振动和轴承振动超标,转动部件松动破裂甩出,定子铁心松动,定子端部线圈及引线振动,异常噪声,轴承密封瓦磨损,漏氢漏水及漏油,超速,第一节 机械故障特点及原因,振动超标和异常 汽轮发电机的振动（转子振动、轴承振动、定子铁心振动、定子机座振动、定子端部绕组振动等），通常都是由机械的、电磁的等多种因素造成的强迫复杂振动。 采用快速付里叶算法（FFT算法）即可得到各种频率成分的谐波分量。 常用的振动频谱分析仪可直接给出频谱图。,振动分
2、析中常用的特征量,1振动位移峰峰值：振动的通频幅值AP-P(m) 即振动标准中考核的位移限值,2振动频谱图：常用的振动频谱分析仪可以给出二维谱图和三维谱图，可以得到在一定转速下或不同转速下的谐波分量,(a) 二维谱图,（b）三维谱图,3 基波和谐波幅值 X1m和Xnm 4 基波和谐波频率 f1和fn 5 基波和谐波相位 1和n,检测方法,1振动传感器及应用：目前广泛使用的有电涡流型、速度型和加速度型三种振动传感器。,电涡流传感器,1-头部线圈 2-固定螺帽 3-高频电缆,基本原理 当传感器头部线圈上通入高频（12MHz）电流时，线圈周围产生高频电磁场，在邻近的金属板表面产生电涡流，此电涡流产生
3、的电磁场与原线圈的电磁场方向相反，相互迭加，改变了原线圈的阻抗，当线圈尺寸及金属板材料的电磁性质一定时，则线圈阻抗变化值便是线圈与金属板间距离d的单值函数，将传感器的涡流线圈接入振荡回路，经放大、检波、滤波后便可得到与距离大小成正比的输出电压。,转 轴,传感器,前置器,二次仪表,原理动态图,振动标准,1汽轮发电机振动限值,GB/T 7064-1996 透平型同步发电机技术要求中的规定，对于额定转速n3000r/min的汽轮发电机，振动限值下表,范围A：设备良好 范围B：设备合格 范围C：开始报警，安排维修 超出C：瞬时跳闸,3.振动异常及实例,（1）空转时振动超标通常是由于以下原因引起的： A
4、转子质量不平衡，据统计占此类振动超标的8090； B联轴器故障和轴承不对中； C基础刚度、轴承动刚度以及轴承座与台板的连接刚度不足或存在共振,（2）空载时振动随电压升高而增大：主要原因可能是铁心或机座的自振频率接近100Hz引起共振。例如：70年代末望亭电厂13机国产300MW双水内冷发电机空载机座振动高达140260m，并有严重噪声，真机实测和分析计算表明机座固有频率为100103Hz，十分接近铁心电磁振动的激振力频率100Hz，产生谐振，后经顶部附加铁质消振质量约2.5t，降低其固有频率约7Hz，使机座振动降至1030m，满足了运行要求。,（3） 振动随励磁电流增加而增大：主要原因是由于转
5、子通风不良（风路堵塞等）或有匝间短路，使转子随励磁电流增大而产生热不平衡，甚至热弯曲引起的。,(4) 突发性振动剧增，可能的原因是转子部件的振动松脱，使转子失去原有平衡以及密封瓦故障引起的。如邹县发电厂6国产600MW汽轮发电机在09年6月20日上午10:47带370MW负荷运行，振动突然剧增，见表25，其原因为中心轴汽端堵头脱出引起的。,3.措施 （1） 根据测试数据进行分析，找出引起振动的根源采取措施消除振源; （2）加强监测，有条件的电厂应装设一套“振动故障自动诊断系统”，以便及时发现故障，避免事故的发生。,二、定子绕组的振动及固有频率,1.定子绕组电磁振动的根源电磁力,穿过槽部的磁通与
6、定子线棒电流相互作用产生作用槽部的电磁力，此力有两部分：一是槽中电流产生的横向漏磁场与轴向电流相互作用产生的径向电磁力，这是主要的，另一部分是当齿部饱和时槽中径向磁通与轴向电流作用产生的切向电磁力。,槽部电磁力的特点 (a)由两部分组成，一部分为恒定分量，另一部分为交变分量。交变分量将引起线棒振动，其幅值与电流的平方成正比； (b) 交变分量的频率为电流频率的二倍； (c) 在事故状态下，电流中含有直流分量时，电磁力将包含额定频率的分量； (d) 在事故状态下，电流的瞬变分量可能达到10倍，则电磁力将增加到100倍。,端部电磁力的特点 (a)正常运行时，端部电磁力由恒定分量与交变(倍频)分量组
7、成，其值与电流平方成正比，事故状态下还有一次频率分量，交变分量将引起端部线圈振动。 (b)端部电磁力的方向处于线棒横截面内，通常分为切向力（周向）和法向力（径向），而且总是切向力大于法向力。一个相带边缘线棒所受切向力大于相带内其他线棒。,2.端部绕组振动的幅值和固有频率的限值 （1）端部振动的幅值（峰峰值） 目前国内外尚无统一的规定，各个制造厂家规定的限值如下： 1美国WH公司 允许254m 2英国GEC公司 允许125（150）m（大亚湾机组） （2）固有频率（四节点椭圆振型） GB/T 70641996 规定应避开基频和倍频的6%以上 即避开4753Hz及94106Hz 1DL/T 596
8、1996 规定应不得介于基频或倍频的10%范围内，即避开4555Hz和90110Hz 2英国GEC公司 大亚湾900MW发电机预期值为80Hz 3法国ALSTHOM公司 沙角C 660MW发电机应避开95115Hz 4美国WH公司 应避开90120Hz,3.测量方法 （1）固有频率的测量 （2）端部绕组振动幅值的测量,目前有机械式和光电式两种传感器，机械式多为压电加速度计，光电式多为光纤位移传感器。在制造厂内试验大都采用机械式，作为在线监测两种都有采用的。,电压表,积分器,滤波器,巡检仪,电压放大器,加速度计,4.定子端部绕组及引线振动引起的事故 由于端部结构和工艺上的缺陷，近几年来大型机组定
9、子端部绕组及引线振动大造成的事故已多次发生。从原理上讲振动幅值（对于额定频率为50Hz的发电机）,式中 A振幅 F电磁力，从上节分析可知取决于端部结构尺寸以及运行电流； f固有频率，取决于端部结构和工艺； R结构阻尼，也取决于端部结构和工艺。 为了减小振动幅值，一是使固有频率f避开电磁力的频率（100Hz），另一个因素就是增加结构阻尼，因此，同一型号的发电机端部固定结构相同，但是如果工艺上不一致，也会造成不同的结果。,沙角C厂660MW发电机事故分析,进口GECALSTHOM公司660MW，19kV水氢氢型发电机三台，其中2机，1997年10月2日带负荷运行，A、C差动保护动作跳闸，发电机定子
10、绕组严重损坏。3机1998年6月11日带678MVA负荷运行，突然接地保护动作，氢压迅速下降，定子内冷水导电率升高，出线箱大量冷却水排出。,2机：出线室端部环形引线烧断三根，C相出线的环形引线E3烧断1000mm，E3的T型接头烧毁，相邻的中性点环形引线S3烧断400mm，S1烧断250mm，E2和E1的相环绝缘层受到严重破坏。,除了工艺上的隐患外，（因为E3相环连接C相出线的T型接头引下线与转接盒的连接是现场改制的），端部引线的振动和固有频率接近100Hz是主要原因，共振造成疲劳开焊，引线烧断，漏水接地事故。经引线固有频率测试3机S1在100Hz，E2在111Hz处均有明显的谐振峰，2机六根
11、引线均存在105Hz，110Hz的谐振峰。,测试表明仍存在94115Hz范围内的固有频率，其中E1、E2引线及相环T连接处存在98.5Hz的固有频率，S1、S2、S3 引线在T连接处存在107Hz的固有频率，并未彻底解决问题，目前是带隐患运行。,A事故情况,B.损坏情况,. 事故原因分析：,D 引线加固改造后,6.预防措施 （1）加强对定子绕组端部线圈磨损及紧固情况的检查 （2）大修时应进行模态试验，对不合格（椭园振型固有频率在94115Hz之间）的发电机，应进行端部结构改进 （3）加装振动在线监测装置,第二节噪声异常,汽轮发电机是高速旋转机械，具有较高的噪声，既有较强的机械噪声，也含有电磁噪
12、声和通风噪声，GB/T 7064规定汽轮发电机噪声声压级应不超过92dB(A)，如果运行中噪声突然变化，表明可能出现故障。,噪声检测方法 对于现场运行的汽轮发电机组，属于半混响声场，可采用国标GB10069.2噪声简易测定方法。 （1）测点距离发电机外壳1m； (2) 以发电机和主励磁机为基准体布置测点，相邻测点间距离应不大于1m； (3) 由于机组噪声是汽机段和电机段两个声源迭加，若两个声压级相等，迭加结果增加3dB，因此若电机段的平均声压级大于汽机段的平均声压级3dB时，电机段的测量应视为有效。如果两段平均声压级差不大于3dB，则电机段的平均声压级应减去3dB（汽机段噪声的影响）； （4）
13、可以不考虑其他背景噪声的修正； （5）通常汽轮发电机周围各测点声压级相差不大于dB，平均声压级的计算可采用近似公式：,式中：,A计权平均声压级，dB(A) N测点总数 LPi第i点测量的声压级dB(A) K2环境反射系数，通常取K24,6)A计权是为了反映人对不同频率噪声的感受程度，A计权以1000Hz为基准（0dB），低于1000Hz和高于6300Hz的噪声进行衰减，对于大于1000Hz小于6300Hz的噪声给予增益。,(7) 噪声谱的测量：为了分析噪声源，在A计权平均声压级测定后对某些测点的噪声不经A计权网络的噪声频谱进行测量。,2噪声测量仪器 (1) 应采用精密声级计测量声压级，如国产N
14、D2型以及丹麦B&K公司2203型，日本小野公司LA220型等，声级计在每次测量前必须校准，常见的是用活塞发声器进行校准。也可以采用专门仪器测量声强，它可以直接测量由声源幅射的声强，而与其他任何方向幅射来的声强无关，英国GEC公司就是测量声强来确定平均声压级的。 （2）噪声频谱分析仪与振动频谱分析仪相同,神头二电厂2#机500MW发电机异常噪声的分析,A基本情况：,2#机为捷制500MW, 20kV水氢氢型汽轮发电机，1992年12月9日并网投运，至1994年12月13日停机共运行6890h，并网135次。1993年4月26日因定子绕组漏水，检修过程中发现定子铁心穿心螺杆螺母松动，用自制工具拧
15、紧，最大紧固角为410，其他运行正常。,控制氢温、定子绕组水温、铁心温度均匀缓慢变化异音减弱，出现异音的负荷区域少，但不能完全消失。,B故障现象：,1994年11月9日带有功350MW，无功150Mvar运行中听到发电机内异常声音，增加有功至410MW时，异音消失，随后11月11日在357385MW，12月3日在65MW88MW时均出现异音，12月13日有功升至68127MW时又出现异音伴有撞击声，紧急停机检查发现汽端汇流管压板螺栓松动，二条螺栓脱落，汇流管逆转向移位2mm，铁心背部有大面积红色粉末，经化验含铁和硅的成份，同时发现部分铁心与鸽尾槽冲片尖角断裂。随后至1995年5月25日，2机又
16、并网18次，异音出现17次，,噪声频谱分析表明，异音为定子铁心正常电磁噪声基础上迭加的一种周期性变化的声音，存在低频高噪声和中频宽带噪声谱,低负荷（380MW）下出现，高负荷下消失,调节无功无影响,C、原因分析,设计制造质量不良，铁心迭压不紧，运行后穿心螺杆松动,定子铁心温度不均匀，多次冷态启动，造成铁心热胀冷缩周期性变化，加剧了铁心的松动，使电磁振动加大，产生异常声音，同时使铁心冲片磨损出现红粉，部分鸽尾槽硅钢片尖角断裂。,D处理及测试 （a）拆除全部定子线圈。 （b）以600t卧式油压机在冷态和热态下重新压紧铁心，而且各部分压力均匀，压紧前后尺寸,注：出厂时铁心固有频率为160.5Hz。 (d) 1995年8月7日维修工作完成，机组并网，异音消失，运行正常。,第三节漏水,对于水冷发电机，漏水故障及其引发的电气事故占有相当大的比重，据广东电网的统计定子和转子漏水故障占
