[发明专利]利用变压器绕组振动识别发电机定子绕组端部劣化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及大型汽轮发电机组的发电机定子绕组端部振动在线监测，属于发电机组状态监测及故障诊断领域和发电厂主设备全寿命周期监控管理领域。本发明适用于火力发电厂、燃气发电厂及工厂自备电厂的发电机状态监测，可以实现对发电机定子端部绕组松动及绝缘损坏的预防性识别和安全预警，有助于实现发电机组运行维护和全寿命周期管理。

背景技术

大型发电机组的状态监测与运行安全对发电厂及电网的安全运行至关重要。发电机组状态监测和全寿命周期管理已成为智能电网的发电领域重要内容，这方面的技术是实现发电机组安全运行控制和预防性保护的关键。发电机组的状态监测包括发电机与汽轮机轴系振动与扭振监测、发电机定子绕组端部振动监测、发电机局部放电监测、发电机功角监测、发电机绕组绝缘及过热监测等。大型发电机组是典型的旋转机电设备，振动监测和保护是保证旋转机械设备运行安全的关键技术，机械振动会导致恶性事故。本发明针对发电机定子绕组端部振动监测给出一种识别端部绕组劣化的技术及方法。

发电机定子绕组端部振动是近年来在国内受到运行单位高度重视的机组状态监测新增热点。在发电厂生产运行中，大型汽轮发电机定子绕组端部由于振动而导致线棒磨损、绝缘损坏甚至造成相间短路、烧毁绕组等故障或事故时有发生，很多起发电机短路故障是由于机械振动导致绝缘材料损坏引发的。发电机定子、转子的电磁耦合中存在复杂的电磁场相互作用，电磁力导致铁芯及定子绕组的振动。其中定子端部绕组的支撑结构是典型的悬臂梁，定子绕组线棒在端部伸出线槽，采用垫块、绑绳等方法固定，经引出线构成定子回路，这种结构使得定子端部振动最为严重。通过振动信号可以诊断发电机端部绕组的绝缘磨损、结构缺陷等。对发电机定子绕组端部的振动监测是对机械结构的薄弱环节的振动监测，薄弱环节易于受损，直接反映设备局部的健康状态。研究定子绕组端部振动机理、特征及具有量化指导意义的监测诊断技术对实现故障早期预警、延长设备使用寿命，提高发电机组和电网运行安全具有重要意义。

发电机定子绕组端部振动的产生是由于发电机定子线圈端部与端部的漏磁通相互作用，使得定子绕组端部受到与转速相同的旋转电磁力作用。电磁力的径向分量是引起绕组端部结构振动的主要激励力，它具有椭圆分布模式，其频率等于汽轮发电机转速频率的2倍，对转速为3000r/min的汽轮发电机来说，电磁力频率为100Hz。当发电机定子绕组端部两端(励端、汽端)椭园型振型模态频率接近或等于100Hz时，定子绕组端部将产生较大振动或共振。这将导致定子绕组端部绝缘磨损、冷却水管接头处泄漏等破坏事故，直接影响发电机组的正常运行，造成重大的经济损失。

由于大型发电机组定子端部的高压、强电磁场环境，发电机定子绕组端部的在线监测技术一直是难点问题，对于发电机定子端部绕组振动的研究和监测技术源自于北美和欧洲，早期的端部振动监测技术受传感器抗电磁干扰能力的约束，实用性很差。1996年加拿大VibroSystM公司推出首套电磁干扰免疫的基于光纤传感技术的端部振动监测系统以来，发电机端部振动监测的实践主要集中于端部振动的传感及测量技术、故障诊断判据仅依赖于端部振动幅值与统一的端部振动幅值限值的比较，我国国家标准规定的径向振幅报警值为250μm。现有的定子端部振动监测技术利用在定子端部装设振动传感器，定时(秒级)测量端部的振动强度，形成历史记录供维护人员日后分析。由于定子振动与发电机电流有关，发电机不同工况下的振动不具有可比性。因此现有的振动监测方法过于简单，实用性不强，识别的可靠性不能令人满意。

中国从2000年前后开始发电机组定子绕组端部振动的标准研究，先后推出两个国家标准，规定了发电机定子绕组端部模态试验分析方法及评定准则和发电机定子绕组端部振动测量方法及评定准则，通过科研与实践相结合的形式在多种机型进行了端部振动监测。近年来随着国内大机组投运的快速发展，该问题受到高度重视，在新建的火电、水电大机组上普遍装设端部振动监测设备。火电发电机组的设计和制造技术源自西方发达国家，由于经济发展和产业调整，发电机组制造和设计逐步从西方发展到中国。研究大型发电机组的发电机端部绕组振动故障诊断技术不仅能够实现对端部绕组的故障预警，对于大型发电机组的定子绕组端部的结构设计也具有指导意义。

发明内容