一种水轮发电机原型机定子铁芯-机座系统固有频率测量方法

摘要

本发明公开了一种水轮发电机原型机定子铁芯-机座系统固有频率测量方法，通过设置自动励磁调节器将水电机组的机端电压维持在额定值，通过设置调速器空载频率给定值，改变发电机转子旋转速度，实现改变定子铁芯-机座系统激励输入—发电机转子旋转磁场力波转速频率，测量不同频率电磁力激振下水轮发电机原型机定子铁芯-机座系统的频率响应函数。根据频率响应函数，可以找出最大振幅对应的频率值，该频率值即为水轮发电机原型机定子铁芯-机座系统的固有频率。本发明只需停机安装传感器，无需申请大修，测量简单、方便，在水轮发电机组铁芯-定子系统固有频率测量方面具有广泛引用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及一种水轮发电机结构固有频率测量方法，具体涉及一种水轮发电机原型机定子铁芯-机座系统固有频率测量方法。

背景技术

工程实践中水轮发电机种类繁多、结构复杂。不同容量的机组采用的结构不同，例如对于大型或巨型机组往往转子采用斜支臂结构、定子采用斜立筋结构，而有的机组转子采用盒型结构、定子机座采用径向辐射型立筋。工程实践中往往存在大型水轮发电机组铁芯-定子机座振动偏大、需要测量定子铁芯及定子铁芯-定子机座固有频率的问题。现有结构的固有频率测量方法主要有：锤击法和共振法。理论上通过锤击试验能够测量定子机座的固有频率，但对于大结构尺寸的水轮发电机组，锤击法存在以下不足：(1)需要安装大量传感器；(2)需要多次局部锤击试验，难以一次性完整测量定子铁芯-定子机座系统的固有频率；(3)定子铁芯整体固有频率测量困难，必须申请机组大修，而水轮发电机组大修周期较长(约8年～10年)，当两轮大修期间发生振动偏大时将面临是否提前开展大修的抉择。而共振法需要提供宽广和大幅度的力，该方法难以实施。因此，工程实际中亟需一种新型发电机定子铁芯-定子机座固有频率测量方法，为及时诊断水轮发电机组定子振动问题、判断是否发生谐振、是否应提前进入大修提供技术决策支持。

发明内容

本发明专利的目的是提供一种大型水轮发电机组定子铁芯-定子机座固有频率测量方法，它解决了常规定子铁芯-定子机座固有频率测量存在的用时较长、必须申请大修、测点布置多等问题。

一种水轮发电机原型机定子铁芯-机座系统固有频率测量方法，包括以下步骤：

步骤1：试验测点安装传感器；

所述试验测点安装的传感器包括加速度传感器和振动位移传感器，均安装在定子机座立筋上；

步骤2：将水轮发电机机组的运行工况调节至空载；

步骤3：依据调速器空载工况PID控制参数为最优参数时，设置调速器频率给定值，改变发电机转子转速；

所述空载工况PID控制参数为最优参数时，满足空载工况机组频率波动≤±1.5％额定频率；

所述空载工况调速器频率给定值设置，满足机组机端电压不低于空载电压最低值，且不大于空载电压最高值；

步骤4：从高到低依次设置试验测点上安装的传感器采样频率，并采集传感器信号，获得发电机定子铁芯-定子机座响应函数；

其中，发电机定子铁芯-定子机座响应函数的横坐标依次为水轮发电机机组额定转速的80％、82％、84％、86％、88％、90％、92％、94％、96％、97％、98％、99％、100％、101％、102％、103％、104％、106％及108％，纵坐标为对应工况点下发电机定子机座振动加速度信号、振动位移信号的峰峰值；

步骤5：以发电机定子铁芯-定子机座响应函数中最大峰峰值对应的频率作为发电机定子铁芯-定子机座的固有频率。

所述加速度传感器和振动位移传感器在定子机座立筋的上、中、下三层布置；

上层、中层及下层均沿圆周方向均匀设置4个测点，每个测点同时布置1个加速度传感器和1个振动位移传感器；

且定子机座的上部环板沿垂直圆周方向设置4个测点，每个测点布置1个加速度传感器。

所述空载工况调速器频率给定值设置时，满足机组机端电压不低于空载电压最低值，且不大于空载电压最高值；

所述空载电压最低值为80％发电机机端电压；

所述空载电压最高值为105％发电机机端电压。

有益效果

本发明提供了一种水轮发电机原型机定子铁芯-机座系统固有频率测量方法，该方法可以广泛应用于不同尺寸的水轮发电机。水轮发电机的振动受水力、机械、电磁因素的综合影响，本方法测量水轮发电机原型机定子铁芯-机座系统的固有频率的基本原理是通过改变某一激励频率测量铁芯-定子系统的频率响应函数，由于水力、机械因素激振力不易改变，而水轮发电机承受电磁力由发电机气隙磁场决定，气隙磁场的旋转速度取决于原动机的转速，而原动机的转速由调速器控制，因此改变电磁力频率相对较容易。根据该原理，本发明通过设置自动励磁调节器将水电机组的机端电压维持在额定值，通过设置调速器空载频率给定值，改变发电机转子旋转速度，实现改变定子铁芯-机座系统激励输入—发电机转子旋转磁场力波转速频率，测量不同频率电磁力激振下水轮发电机原型机定子铁芯-机座系统的频率响应函数。根据频率响应函数，找出最大振幅对应的频率值，该频率值即为水轮发电机原型机定子铁芯-机座系统的固有频率。

与传统的测量方法相比，本方法测点布置方便、测量操作容易、无须申请机组进入大修，能够及时判断水轮发电机组是否发生共振、对于振动偏大的机组是否应提前进入大修提供技术决策支持，给电厂带来显著安全与经济效益。

附图说明

图1为本发明所述方法的流程图；

图2为试验测点布置示意图，其中，(a)为整体示意图，(b)为中层面测点布置示意图，(c)为发电机定子振动测点布置示意图；

图3为发电机定子机座上层沿周向4个点振动加速随机组频率变化趋势示意图；

图4为发电机定子机座中层沿周向4个点振动加速随机组频率变化趋势示意图；

图5为发电机定子机座上层轴向2个点振动加速随机组频率变化趋势示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图1所示，一种水轮发电机原型机定子铁芯-机座系统固有频率测量方法，包括以下步骤：

步骤1：试验测点安装传感器；

所述试验测点安装的传感器包括加速度传感器和振动位移传感器，均安装在定子机座立筋上；

步骤2：将水轮发电机机组的运行工况调节至空载；

步骤3：依据调速器空载工况PID控制参数为最优参数时，设置调速器频率给定值，改变发电机转子转速；

所述空载工况PID控制参数为最优参数时，满足空载工况机组频率波动≤±1.5％额定频率；

所述空载工况调速器频率给定值设置，满足机组机端电压不低于空载电压最低值，且不大于空载电压最高值；

步骤4：从高到低依次设置试验测点上安装的传感器采样频率，并采集传感器信号，获得发电机定子铁芯-定子机座响应函数；

其中，发电机定子铁芯-定子机座响应函数的横坐标依次为水轮发电机机组额定转速的80％、82％、84％、86％、88％、90％、92％、94％、96％、97％、98％、99％、100％、101％、102％、103％、104％、106％及108％，纵坐标为对应工况点下发电机定子机座振动加速度信号、振动位移信号的峰峰值；

大量现场试验表明，各厂允许的刻度范围不同，当条件允许情况下根据上述刻度范围进行设置，实际情况应根据各电厂设置的低励限制、瓦温承受能力及过速保护适当调节刻度范围。

步骤5：以发电机定子铁芯-定子机座响应函数中最大峰峰值对应的频率作为发电机定子铁芯-定子机座的固有频率。

所述加速度传感器和振动位移传感器在定子机座立筋的上、中、下三层布置；

上层、中层及下层均沿圆周方向均匀设置4个测点，每个测点同时布置1个加速度传感器和1个振动位移传感器；

且定子机座的上部环板沿垂直圆周方向设置4个测点，每个测点布置1个加速度传感器。

所述空载工况调速器频率给定值设置时，满足机组机端电压不低于空载电压最低值，且不大于空载电压最高值；

所述空载电压最低值为80％发电机机端电压；

所述空载电压最高值为105％发电机机端电压。

将该方法应用于工程实际。某电站发电机运行过程中噪声较大，站在发电机盖板上能够显著感觉到“麻脚”现象，为此，按照该方法对该发电机振动进行了测试。

工程实际中，测点布置示意图见图2；工程实测的加速度波形随转速变化见图3-图5，图3-图5中，纵坐标取加速度信号，且以g(9.8m/s²)为计量单位，从图中可以看出，上中两平面内2号测点振动加速明显偏大，尤其在92％额定转速附近，径向加速度超过10g，轴向垂直振动加速度高达30g。结合之前该发电机的运行数据，综合各测点的加速度波形推断出，该发电机定子铁芯可能发生松动，导致发电机机座固有模态发生改变，以至于产生共振；考虑到该发电机定子机座为分瓣机座，可初步判断松动铁芯最大可能发生在2号测点部分。之后根据机组检修情况验证了本方法及现场试验结果。