百万千瓦级汽轮发电机组瓦振监控与分析
摘 要 本文详细介绍了大型汽轮发电机运行中瓦振偏高问题的监控与分析。此发电机运行中的主要问题为7瓦振动大，通过多次分析、试验和监控，初步确认该发电机存在转子绕组匝间短路故障现象或者存在转子动（热）不平衡现象。利用机组大修机会，对该发电机转子进行了详细的检查、试验、返厂检修，并对机组转子轴系重新进行了配重，最终成功处理了该发电机振动大的问题。
【关键词】汽轮发电机 转子动不平衡 轴瓦振动 机组监控 匝间短路
某电厂2号发电机为THDF 125/67型汽轮发电机，定子绕组采用水直接冷却，转子绕组、相连接线和出线套管均采用氢气直接冷却，同时氢气带走发电机铁心损耗、风摩损耗以及其他杂散损耗所产生的热量。自2011年投运以来，就存在7瓦振动偏高的现象（最高达到150um），且此振动随负荷变化明显。
1 振动原因分析
1.1 转子绕组匝间短路
转子绕组在正常运行时，两级绕组在空间的磁场分布式呈完全对称的正弦规律分布，当某个磁极绕组发生匝间短路时，该磁极的有效匝数减少，则两极的有效匝数不一致，引起两极磁场在空间分布不平衡，体现为磁感应强度对角度的正弦曲线发生畸变，这将使转子运行时受到不平衡的电磁力作用。当转子绕组发生匝间短路故障，转子受到的不平衡力的大小只和转子绕组中的励磁电流有关并且与其的平方成正比。由于油膜的作用，可以将此转轴与轴瓦之间的系统看作一个理想的线性系统，即转子的振幅值与励磁电流的平方有关且成正比。那么可以得出一个结论，除开转子正常范围内的振动以外，如果转子绕组存在匝间短路，那么转子的振幅会随着励磁的电流变化而变化，当检测到转子轴振与励磁电流的变化成相关性，那么转子存在匝间短路的可能性就相当大。
1.2 转子动（热）不平衡
转子温升的主要来源是各种损耗，包括铜损（导线本身铜损以及漏磁导致额外铜损）、铁损（高次谐波在定子上的附加损耗、定子的谐波在转子表面产生损耗和定子端部的附加损耗）、励磁损耗、摩擦等损耗。转子的温升及温升不平衡导致各部件膨胀、摩擦等使转子受力不平衡，体现为转子振动对温升变化呈现相关性。
除却前文所述的匝间短路也可能导致热不平衡，冷却回路异常也是一个主要原因。对于氢内冷发电机，可能发生风道堵塞、绝缘垫片位置偏差甚至漏垫的情况、在运行中由于滑动引起通风不畅，都会使转子冷却截面不对称。这些原因导致的冷却截面不对称产生转子热弯曲，体现为：（1）振幅和冷却介质进口温度呈相关性。检测手段是提高氢气温度能使转子振幅降低，这是因为提高氢气温度时，不均匀部分升温小，减少了不均匀值之间的温差，使转子热弯曲程度降低，使异常降幅降低；（2）转子两侧振幅不同，当单独改变发电机一端氢气温度，使转子两侧不对称温差分别变化时，转子热不平衡的程度加剧也会改变转子的振动，然后通过计算分析转子产生的不平衡度。
2 转子振动的监测与分析
2.1 振幅——励磁电流监测
由于该发电机一直处于高负荷运行状态，在没有完全确定存在发电机转子匝间短路的情况下，该电厂对发电机运行状态进行了密切的监控，以保证发电机的安全运行及防止设备故障进一步发展。其中主要包括：
2.1.1 发电机有功不变，振动随无功、励磁电流等参数变化关系监控
从监控结果中看出，保持发电机有功功率基本不变，无功逐渐增加时，励磁电流随之增加，但轴振值并未随之增大，说明无功变化与轴振变化不同步，无功增加时，振动值有减小也有增加，无明显规律，转子匝间短路现象不明显。
2.1.2 发电机无功不变，振动随有功、励磁电流等参数变化关系监控
从监控结果中看出，在无功功率基本不变的情况下，有功功率随励磁电流增加而增加，振动随励磁电流增加而变化（有升高也有降低），转子温度也没有出现明显变化，匝间短路现象不明显。
2.1.3 发电机励磁电流不变，振动随有功、无功等参数变化关系监控
从监控结果中看出，励磁电流基本相同时，振动值随无功功率变化无明显增减，匝间短路现象不明显。
2.2 温度监测
对发电机组满负载状态下，定子水温、氢温、定子铁心温度等参数的监控。从监控结果中看出，发电机在满负荷运行状态下，各项参数均在正常运行范围内，转子绕组匝间短路现象不明显。
2.3 绝缘电阻及直流电阻测试
用500 V绝缘电阻测试仪测量发电机转子绝缘，测试结果：绕组对地绝缘为350兆欧，符合标准要求，说明转子导线绝缘良好，线圈无短路接地现象。对发电机转子进行了直流电阻测试，测试结果及出厂值比较如表1所示。
由表1数据可知，=现场测试的转子绕组直阻测试数据折算到16时为60.39 mΩ，与发电机转子绕组直流电阻出厂值比较，差值为1.347%。按照行业标准要求：折算后的测量值与出厂值的差值百分数不大于2%，故测试结果在合格范围内。
2.4 转子绕组两极电压平衡试验
抽转子后，对2号发电机进行了膛外试验工作，从试验数据可看出，两极线圈间的电压差值为0.3V，小于最大值的3%（2.99V）。因此，两极电压值平衡，试验合格，在当前状态下，转子不存在匝间短路缺陷。
2.5 转子绕组交流电压分布试验
从试验数据可看出，两极各对应线圈的电压值无明显差异，转子绕组两极电压分布曲线一致性较好，因此，在当前状态下，转子内部不存在匝间短路缺陷。
2.6 发电机转子绕组RSO试验
RSO试验中的转子正、负极两条响应曲线（黄色和蓝色）几乎完全重合，未见不吻合部分，两条曲线的电压差几乎为一条电压为零的水平直线。这说明该转子内部不存在金属性或非金属性的匝间短路故障。
2.7 发电机转子静态交流阻抗及功率损耗试验
抽出转子后，对转子进行了静态交流阻抗及功率损耗的测试，并与穿转子之前的试验数据进行比较，在施加电压相同的情况下，转子的交流阻抗和功率损耗未发生明显的变化，转子匝间短路现象不明显。
3 检修及动平衡处理
3.1 返厂检查
发电机返厂后，进行了解体检查和修复工作。解体拆除绕组后，发现转子端部绕组通风孔、护环下有不用程度的油污（类似油泥状），但在绕组上未发现过热痕迹，除甩出的槽底垫条有破损外，其余槽底垫条均完好，无烧蚀痕迹。结合转子解体检查情况及返厂维修前的监控和试验分析，转子绕组可能存在轻微的匝间短路现象，但匝间短路现象不明显，振动大的主要原因由发电机组转子轴系热不平衡导致的可能性比较大，遂决定待机组冲转后，视各瓦振动情况再定是否对发电机组转子轴系重新进行配重处理。
3.2 转子配重
经过详细的分析和计算，制定了相应的配重方案。前后共进行了2次配重，最终成功的把各瓦振动控制在合格范围内。
4 结论
根据本文以上内容的详细分析，引起该厂发电机运行过程中发生的振动超标缺陷的主要原因是机组轴系动（热）不平衡；发电机转子绕组存在匝间短路的可能性比较小，今后的运行过程中应加强转子绕组匝间短路的监控，采取多种方式的监控措施，以预防缺陷的误判断而造成的机组事故的发生，确保机组安全稳定运行。
参考文献
[1]李伟清.汽轮发电机故障检查分析及预防[M].北京：中国电力出版社，2002.
[2]四川省电力试验研究院.高压电气设备试验方法[M].北京：中国电力出版社，2001.
[3]上海电气电站设备有限公司上海发电机厂.THDF 125-67 百万千万级汽轮发电机运行维护手册[M].上海：上海发电机厂，2009.
作者单位
广东惠州平海发电厂有限公司 广东省惠州市 516363
