发电机转子振动故障的诊断与处理

发电机转子振动故障的诊断与处理

赵泉良

山东电力建设第三工程有限公司        山东    青岛  266000

摘要：由于电机会在实际作业过程中出现振动的情况造成故障，相关单位需要通过合理的诊断方法和技术处理其故障。电机转子的振动故障具有一定的综合性和复杂性，相关单位在诊断和处理过程中是比较困难的，因此，需要相关单位重视检修和保养电机转子设备，从而尽可能的避免电机转子由于振动导致其设备停运等情况，保证相关单位能够获得更高的经济。

关键词：发电厂；发电机转子；振动故障；故障处理

在分析发电机热不平衡导致热弯曲振动的时候，往往将重点倾向于发电机匝间短路上，而忽视了转子本身材质不均匀而导致振动的可能。通过一系列试验及振动分析，将各种可能的振动故障一一排除，最终确定为因发电机转子材质不均匀导致的热弯曲振动。针对这一情况进行现场热平衡处理，但应根据发电机组热弯曲引起的振动大小和运行允许量值综合考虑，不能盲目利用热平衡手段，情况严重时应及时停机进行检查。

1发电机运行机理概述

火力发电厂中的锅炉将煤燃烧，加热锅炉中的水，把水变成高温高压的蒸汽，以蒸汽的热能，去推动汽轮机高速（3000转/分钟）旋转，汽轮机带动发电机转子以同样的速度旋转，发电机的转子是一个转动的电磁铁，通入直流电流后产生磁场，这个磁场在汽轮机的推动下转动，磁场的磁力线切割发电机定子线圈，就在定子线圈内产生感应电势（这也是中学物理中所说的电磁感应原理）。将这个感应电势用导线连接出来，就获得了发电机发出的三相交流电，我国一般规定为ABC三相，用黄绿红三种颜色区分。将这个三相交流电一般送到升压变压器，变成适合输送和就近使用的电压。供给就近用户使用或远距离输送。

2检测与故障诊断

2.1对于转速的升降速振动试验

该实验的目的是确定机组实际的轴系临界转速和相位的振动值。由于制造厂商提供的都是计算临界转速，在计算中有关参数的模拟可能与实际机组本身和其安装条件有些偏差，故计算结果和实际值会有一定的误差。机组的临界转速应以实测结果为准。根据过临界转速时的振动值大小，也可以判断转子各阶振型的平衡状况。

2.2发电机励磁电流试验

发电机励磁电流试验的目的是判断机组振动原因，是来自电磁方面还是机械方面，电磁方面的原因可分为两种：

一是，由于纯电磁激振力引起的振动（如发电机转子线圈匝间短路以及转子与定子间的空气不均匀引起的激振力）；

二是，由于电方面的原因引起的，发电机受热不均的热弯曲而引起的振动。

后者由于转子热惯性，其振动值的增大在时间上较励磁变化滞后，通常只有在发电机转子励磁电流有较大幅度变化时，振动才有明显改变。励磁电流试验是在机组带上一定负荷时，保持该负荷不变而增大发电机转子励磁电流（降低功率因素）的条件下进行的，发电机转子励磁电流的变化范围是，以不超过其额定值为限。通常随着励磁电流增加，振动值也随之增大。如试验曲线呈光滑上升形状，则说明振动直接与励磁电流有关，是纯电气原因造成的。如振幅增加呈阶梯形，即振动不立即随励磁电流的增加而增大，而是到一定时间阶跃增加，则振动是因转子热弯曲变形增大引起的，通常的原因是转子冷却通风道开孔不正确或灰尘、杂物的不均匀堵塞、线圈膨胀受阻等。

并网前后振动变化。如果并网前后振动变化较大，说明转子上存在不平衡电磁力的作用。例如，电动机出现故障后，可以采用“断电速查”法，根据断电瞬间振动的变化情况判断电气缺陷情况。

励磁电流变化后，振动随即变化，两者之间没有滞后。这种现象说明振动主要是由于电气缺陷引起的。发电机转子线圈出现匝间短路后，振动变化将以基频为主。发电机转子与静子间的空气间隙不均匀，将会诱发较大的二倍频振动，转子振动增大的同时，静子振动一般也会增大。

2.3发电机冷却介质温度试验

当发电机转轴存在不对称冷却时，发电机转子会发生热弯曲，引起振动增大。因此，通过改变冷却介质的温度，可以判断有无不对称冷却。对于水冷发电机可采用改变冷却水温试验，而对于氢冷发电机可采用改变冷却氢温试验，观察其变化对振动发展的影响。双流式氢冷系统，可以单独改变发电机某一端氢冷器的出口氢温，有助于判断不对称冷却发生在转子的哪一端。通常在存在不对称冷却故障时，冷却介质温度越高，振动越小。

2.4负荷试验

负荷改变后，流量、温度、压力、联轴器传递扭矩、汽流激振力、汽缸膨胀、轴承标高等都会发生变化，从而有可能影响机组振动。负荷试验可以在空负荷、中间负荷和满负荷三种状态下进行。负荷改变后，应立即测量振动。然后，保持负荷不变，稳定一段时间或等振动不变后再次测取振动值。负荷变化后，一般需要稳定30分钟以上。

2.4.1负荷改变后振动迅速改变，振动变化与负荷变化之间没有滞后。

有的机组并网或解列时，振动也会发生较大变化。这种现象说明振动与转子热变形无关。主要是由于变负荷过程中，作用在转子上的力或力矩发生了变化，导致转子上的激振力发生了变化。激振力改变后，振动随即改变。

齿式联轴器磨损后间隙变大，机组升负荷过程中可能会因传递扭矩的变化导致齿套偏向一侧而产生不平衡振动。负荷变化、传递扭矩变化、齿套偏移、不平衡力变化、振动变化五者之间几乎是同步的。加负荷过程中，由于蒸汽流量的增大，汽流激振力越来越大。对于稳定性较差的机组，当气流力增大到一定程度后，会造成机组失稳。此时，振动也会随负荷的增加而突然增加。有些机组带负荷过程中，由于传递扭矩和部分进汽度的变化，转轴在轴瓦内的位置会发生一定变化。如果轴承内最小油膜间隙过小，将会导致转轴与乌金之间的轻微摩擦和不稳定振动。这种振动将随负荷的增加而快速增加。

2.4.2负荷改变初期振动变化较小，一段时间后振动逐渐变化，振动变化滞后于负荷变化。

这种现象说明振动与膨胀不畅或热变形等因素有关。负荷改变后，汽缸及转子内部温度场发生了变化，机组有可能因此而产生膨胀不畅或热变形故障。前者改变了支承刚度，后者改变了转子上的激振力，都会导致振动的变化。由于温度变化以及由此引起的热变形和膨胀等都需要时间，因此出现这类故障后，振动变化大多滞后于负荷变化。

检查机组膨胀是否正常，可根据汽缸两侧膨胀指示器或自行架设百分表来分析。如果两侧指示相同，但数值偏小，说明汽缸膨胀不畅；如果两侧指示值差异较大，说明汽缸存在跑偏。汽缸膨胀不畅或跑偏主要是由于汽缸及所属管道较重、汽缸受管道约束力较大、轴承座与台板之间缺少润滑或润滑油脂干枯、汽缸刚性不足等因素所引起的。这时应力求减少汽缸膨胀阻力和管道约束力，增强汽缸刚度，延长暖机时间。

3结束语

为保证发电厂的顺利运行，必须重视发电厂一次设备的正常运行，要及时发现一次设备的故障，采取措施解决故障，以此保证发电厂的顺利运行，这就需要发电厂设备维修技术人员要掌握娴熟的设备维修与养护技能，在日常工作中做好设备的巡检与养护，尽量避免设备发生故障，促进发电厂的可持续发展，为全国用户提供优质的用电服务。

参考文献

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