[发明专利]预防大型汽轮发电机定子端部绕组共振的方法

说明书

技术领域

本发明涉及火电、核电、联合循环发电机组中大型汽轮发电机定子端部绕组的结构共振解决方案，具体涉及一种基于“二重点”机理来预防大型发电机定子端部绕组结构共振的方法。

背景技术

结构振动问题在大型汽轮发电机中普遍存在，相对于电机的机座、定子铁心等结构，定子端部绕组的结构刚度偏低，在大型发电机工作时，定子端部绕组会受到发电机的旋转漏磁场导致的动态磁拉力作用，磁拉力会引起端部绕组发生强迫振动，严重时会引起发电机的线棒绝缘磨损、焊缝振裂等事故，进而导致定子绕组的短路和烧毁，造成整个发电机组的事故停机。该类事故在大型机组（300MW、500MW、660MW）的汽轮发电机中都曾发生过。随着发电机单机容量的增加，端部绕组的振动问题会更加突出。

目前已有文献主要是从实验和数值分析两个方面对发电机定子端部绕组的振动问题进行了研究，计算和测试端部绕组的固有振动模态，以及计算电机短路冲击下的端部绕组的响应。由于缺乏对端部绕组产生共振机理的认识，当发电机端部绕组振动过大或发生事故时，常采用加固措施来提高端部绕组的刚度以增加固有频率来避开磁拉力频率，从而达到控制端部绕组振动的目的，但该方法会导致端部绕组散热不畅，维修困难。

发明内容

针对现有事后控制发电机端部绕组振动的方法所存在的问题，本发明提供了一种基于“二重点”机理来事先预防端部绕组共振的方法。所谓的“二重点”机理是基于磁拉力的空间分布和振动理论所推导出的端部绕组强迫振动响应的计算公式。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种预防大型汽轮发电机定子端部绕组共振的方法，其特征在于，包括下述步骤：

（a）根据大型汽轮发电机定子端部绕组主振型的分布特征，采用余弦函数来近似地表示主振型，其数学表示为：

Ui=-Ri(z)cos[(i+12+1)θ],]]>i为奇数，i＝1,3,5,7,…        (1)

Ui=Ri(z)sin[(i2+1)θ],]]>i为偶数，i＝2,4,6,8,…        (2)

式中：R_i(z)是关于坐标z的线性函数，表示端部绕组振幅沿轴向的分布；式(1)中的和式(2)中的表示振型的周向行波数，可记为n；θ表示端部绕组的周向角度；

（b）对端部绕组进行响应计算，由于引起定子端部绕组振动的主因是磁拉力的径向分量，所以只考虑磁拉力的径向分量对端部绕组的作用，对于m极电机，其磁拉力的径向分量沿周向分布的近似表达式为：

F_rθ=F_Asin(ωt+mθ)                                (3)

考虑磁拉力的轴向分布，端部绕组磁拉力径向分量完整表达式为：

F_r=R_F0(z)F_Asin(ωt+mθ)                            (4)