发电机端部绕组整体模态频率测试

发电机端部绕组整体模态频率测试

李闯

中国电建集团江西省电力建设有限公司    江西省南昌市   330000

【摘要】汽轮发电机安装运行后，一定数量的定子绕组因为端部振动会发生磨损大、产生绕组短路、股线断裂等事故。为发电机投运后安全稳定运行，对汽轮机组进行锤击法模态试验，将试验结果进行对比分析，从而判断出定子绕组端部线圈的磨损、紧固情况,防止定子绕组端部松动引起相间短路。保证发电机组安全稳定运行。

【关键词】汽轮机；端部绕组；模态；频率；

1引言

汽轮发电机组正常运行时，定子绕组的端部震动是影响机组安全运行的主要原因，实践表明，由于定子绕组端部振动，引起发电机组相间短路，漏水，股线断裂等严重事故，此类事故造成电厂损失巨大，而且难以快速修复，造成机组停机，因此当发电机组大修时，端部模态试验往往被提及，本文以江西某电厂机组大修时发电机模态试验为基础，分析试验结果，从而保证机组的安全运行。

2测量项目及步骤

2.1测量项目和测点布置

测量项目：定子绕组端部整体模态试验；定子绕组鼻端接头固有频率测量；定子绕组引出线和过渡引线固有频率测量。

2.2分析过程

频域法模态分析是对已知激振力和响应的测试数据进行模参数识别的常用方法。在采集数据时，要求同步采集激振力和响应信号。采集方式有：一个激励信号与一个响应信号、一个激励信号与多个响应信号和多个激励信号与多个响应信号。

对于采集的数据分三步进行模态分析：

1）首先对信号进行传递函数分析，实际上是得到了频响函数；

2）然后根据频响函数结果通过一定的显示方式来确定各阶固有频率位置，是通过人为选取的，选择完成后保存定阶结果；

3）最后进行参数识别，计算固有频率、阻尼和振型等模态参数。

2.3传感器的选择

位移传感器适用于测量低频，对于楼房、大坝、桥梁等大型结构，用位移传感器较为合适。压电加速度传感器适用于测量高频，对于频率较高的机械结构或小型构件，用加速度传感器测量较为适宜。速度传感器适用于测量中频。

激励方式的选择：常见的激励方式有两种类型：激励力可测和激励力不可测。激励力可测的方法如：振动台激励、激振器激励、敲击法、初始位移法等；激励力不可测的方法如：环境激励和天然脉动激励（一般测试时设置一参考点同进进行测试，大楼测试时选靠近地面的测点，但不要选地下的测点，大桥测试时选靠近桥墩的测点）。对于脉冲激励，采样方式应选用多次触发方式，环境激励和天然脉动激励应选择随机采样，采样时间较长。

2.4采样频率的选择

首先根据结构特点，估计结构待测的模态频率的范围，根据这个频率作为分析频率段，传递函数分析后，必须包括这个频段。采样频率可由分析频率算出，为分析频率的2.56倍以上，兼顾频率分辨率进行综合考率，采样频率不要选择太高，否则会影响模态频率的识别，如果传感器的测量频率区间超过分析频率，一定要进行低通抗混滤波，滤波档位应选在分析频率左右，最高不可超过采样频率的一半，否则会产生混叠。

2.5参考点位置的选择

当一点激励多点响应时，激励点即参考点的位置；当用多点激励一点响应时，响应点即为参考点的位置。参考点应避开感兴趣模态的结点，以免丢失模态。测点的命名：响应点用数字来命名，激励点（参考点）用一字母加数字来命名。应避免重名，重名会导致传递函数错误。做传函分析时，输入测点和输出测点一一对应，以便后续数据的自动分析。

3测量方法

3.1定子绕组端部整体模态试验

1）发电机定子绕组端部整体模态试验采用锤击法，一点激振多点响应或多点激振一点响应两种方法均可。推荐一点激振多点响应法，用力锤定点敲击定子绕组端部上的某点，向绕组端部提供一个瞬态的冲击力，动态信号分析仪拾取端部绕组上各测点的径向(可加测切向和轴向)的振动响应，再经模态分析软件分析处理，得到定子绕组端部整体的模态频率、振型和阻尼等模态参数。

2）推荐按圆周1至圆周3(见图1所示)的顺序测量。测得圆周1的数据后，可根据分析的需要，再加测圆周2和圆周3的数据。1-定子绕组端部鼻端接头各测点组成的圆周，2-定子绕组的槽口部位各测点组成的圆周，3-定子绕组端部渐开线中部各测点组成的圆周。

图1定子绕组端部模态试验测点布置图

3）定子绕组鼻端接头、引出线和过渡引线固有频率测量用力锤分别敲击定子绕组鼻端接头、引出线和过渡引线，测量相应测点的振动响应，经动态信号分析仪分析，得到相应的瞬态激励频率响应函数，在瞬态激励频率响应函数的幅频特性曲线上，相干函数值在0.9以上的极大值点为各测点的固有频率值。

4）测量次数

每一测点至少重复测量一次，并尽量保持锤击的方向和力度一致。

5）测量时应记录环境、线棒和内冷却水温度。

4测试结果及结论

表一发电机定子绕组端部各阶模态参数

在频率95-110HZ范围内，有固有频率的列出频率值及相应的响应比，没有固有频率的，列出在此频率范围内频响函数曲线响应比的最高值。响应比的评价标准是在需要避开的频率范围内，测得响应比不大于0.44m/s²/N。由表可知，端部引线固有频率均避开了95-110HZ，符合标准要求。

据《透平形发电机定子绕组端部动态特性和振动试验方法及评定》GB/T 20140-2016规定：发电机组定子绕组端部汽侧、励侧椭圆形振动均避开95～110 Hz共振范围。由本试验数据可知：1号发电机励端定子绕组鼻部椭圆振形频率为136Hz，在规程要求外，满足要求；1号发电机汽端定子绕组鼻部椭圆振形频率为144Hz，在规程要求外，满足要求。1号发电机端部定子绕组固有频率及振动模态满足规程要求。