发电机定子绕组端部机械振动模态的测量1发电机定子绕组端部结构及所受电磁力发电机绕组端部的结构设计随着发电机冷却方式以及制造厂的不同而有所不同，其固定方法基本上可分为绑线式、压板式、绑线和压板相结合式等。由于汽轮发电机的定子绕组端部处在复杂的端部漏磁场中，而且结构上类似于悬臂梁，不易固定得像槽内线棒那样牢靠，因此无论是在正常运行状态还是在系统发生故障时，端部绕组尤其线棒鼻端处振动最大，绝缘容易受伤，特别是槽口绝缘可能出现击穿和接地现象。因此，各制造厂很重视端部结构设计，以防止发电机因绕组端部振动过大造成绝缘损伤而引起突发的相间短路或对地短路事故。实践表明，发电机大量的事故源于其端部绕组的振动，如澳大利亚新南威尔士某发电厂安装了4台相同型号的500mw汽轮发电机，其中3台于1981年的8个月里都发生了汽侧定子绕组端部磨损引发的短路事故，剩下的1台运行到1982年不得不更换了整个定子。再如，石横电厂某300mw全氢冷发电机，是上海电机厂引进西屋公司制造技术的第一台产品，由于定子绕组端部固定结构不合理，接连两次发生定子绕组端部短路事故。可以通过有限元方法计算端部复杂的漏磁场，进而算出在稳态运行和系统发生故障时端部绕组各点的受力情况。各点受力可用下式表达：=f0+f2cos（2et+以一台1000mva汽轮发电机为例，图1、2、3给出了额定运行时（满负荷、功率因数0.95）端部绕组上、下层线棒出槽口处三个不同时刻沿周向的径向受力分布情况。.tfi图1f时■上、F层絃*出槽口处轻向受力沿周向分布情图1中®t=0°时，ia=0，a相相带绕组线棒各点受力为0。因为磁密沿周向近似正弦分布,b、c相受力沿相带也近似正弦分布。由于n维线性系统响应｛x｝可用下式计算:图2中血=30。时，上、下层线棒受力沿周向近似椭圆分布，两椭圆主轴基本垂直。图3中rot=60°时，ic=O,c相相带绕组线棒各点受力为0。可见，上层或下层绕组端部所受的电磁作用力在空间分布上随时间连续变化，呈现旋转的类椭圆形。沿轴向比较端部不同截面的作用力，接近铁心(槽口)处最大，沿线棒外伸逐渐减小。运行时绕组端部所受的强迫振动是由所受电磁力和端部绕组的结构(即机械振动阻抗)共同决定的。受固定结构的影响，绕组槽口处受力最大但振幅最小，而鼻端虽然受力最小但振幅最大。正常运行时，沿发电机轴向可以观察到定子绕组不同的径向变形。线棒刚性地固定在铁心上，其振动型态与铁心振动型态相同，而铁心受转子旋转磁场的磁拉力作用其振型呈旋转的椭圆形，转子磁极中心线即为椭圆的短轴。到了线棒鼻端区域，如果绕组端部整体性好，就可将其看作是一个均质圆环，振型将与线棒端部所受力的分布相似，也呈现出旋转的近似椭圆形，其短轴位置与定子电流的相位有关。与电路的共振概念类似，如果线棒端部的固有频率与电磁力的频率(100hz)相等或接近，那么这根线棒的振幅就会异常增大；如果绕组端部整体的振动特性与所受电磁力的频率和分布相同，端部结构将整体发生谐振，将带来严重的端部绕组磨损，进一步则引发相间或对地短路事故。为检查发电机端部绕组在运行中是否可能与电磁力发生共振，应该在交接或检修时测量绕组端部整体的振动特性。2机械振动试验模态分析的概念与lcr电路类似，单自由度的运动系统也可以用一个二阶微分方程来表达：阴左*口十上丄壬/⑺(2)式中——位移；质量块的质量；——弹簧的刚度；——弹簧的阻尼系数；］、——所受外力。类似于电路或控制理论中的频响函数等概念，单自由度振动频响函数h(ro)为：斤5爲％⑶发电机绕组端部是一个复杂的质量和刚度均为分布参数的结构，通过适当的简化可将其等效成一个集中参数的n自由度系统，其数学模型是n维的二阶常微分方程组，矩阵如下：川；-■-■■川〕(4)式中，hij的含义是在j点作用单位力时,i点引起的响应。上式中如果｛x｝为位移响应，｛h｝即为位移导纳矩阵；如果｛x｝是速度或加速度响应，｛h｝即为速度或加速度导纳矩阵。简单地说，矩阵特征值即是固有频率®r(r=l,2,…，n),特征向量即是固有模态｛申｝r(r=1,2,…，n)，n个特征向量组成了模态矩阵［申］。模态也叫做振型，每种模态代表一种类型的运动形态。由线性...
