[发明专利]一种基于气隙特征值降低发电机定子低频振动的方法

说明书

本发明提供一种基于气隙特征值降低发电机定子低频振动的方法，包括：采集定子低频振动幅值、频谱数据及发电机动态气隙函数值，按发电机组的转动方向对磁极编号，采集发电机气隙函数值，根据气隙特征值计算公式，计算气隙特征值各阶次分量，读出定子低频振动的实际幅值，对计算出的发电机气隙特征值中的幅值分别进行替代修正，以磁极编号n为横坐标、修正后的发电机气隙特征值为纵坐标，绘制出发电机气隙特征值示意图，得出较大的发电机气隙特征值，对气隙函数进行调整、验证，确定需要进行机坑调整的磁极，即可有效降低发电机定子低频振动，极大地提高了工作效率。

技术领域

本发明涉及一种降低发电机定子低频振动的方法，尤其是一种基 于气隙特征值降低发电机定子低频振动的方法，属于水力发电机安 装、运行与维护技术领域。

背景技术

近年来随着国内巨型水轮发电机组的投运，并在运行过程中通过 测试发现：水力发电机组定子机座、铁心均存在低频振动的问题。通 常定性认为低频振动是由定子、转子的圆度不足或者偏心所造成的， 但如何采取有效措施来加以控制，现有技术中尚没有定量的技术解决 方案。目前处理定子低频振动的主要措施是：吊出转子到机坑外、拆 卸磁极、调整磁极垫片、改善转子圆度和偏心。但由于缺乏理论计算、 判断依据，通常需要对转子磁极逐一进行调整，这种盲目且大规模的 调整，存在调整工作量巨大、费时、费力、工作效率低下等不足。虽 然处理后的转子圆度和偏心有明显改善，但定子低频振动的问题仍没 有得到明显改善，甚至存在低频振动反而增大的实例。因此，有必要 研究一种对发电机定子低频振动进行有效处理的方法。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明根据傅里叶变换原理，对 发电机运行时定子、转子间的空气间隙进行傅里叶分解，将得到的傅 里叶级数定义为气隙特征值。根据发电机运行时的气隙特征值与定子 低频振动相关联的特性，本发明提供一种基于气隙特征值降低发电机 定子低频振动的方法，最终解决定子低频振动的问题。

本发明依据的气隙特征值为发电机气隙分布提供了量化指标，突 破了目前只用调整转子圆度和偏心改善转子形貌的方式来降低发电 机定子低频振动的局限性。

本发明将发电机运行时的以磁极编号n为自变量的气隙函数定义 为：x(n)＝x(n+N)，其中，n＝1、2、……、N；n为磁极编号，1、2、……、 N为发电机的磁极个数。发电机气隙函数为离散型周期性函数，根据 离散傅里叶变换DFT公式：X(k)＝DFT[x(n)]，对离散型周期性函数 x(n)进行离散傅里叶变换，推导出气隙特征值计算公式如下：

式中：n为磁极编号，N为发电机磁极个数，x(n)为气隙函数， X(k)为发电机气隙特征值，a(k)_n、b(k)_n分别为发电机气隙特征值X(k) 的余弦分量和正弦分量，k取不同的整数值代表不同阶次的气隙特征 值分量。

从公式(3)得出，气隙特征值是以磁极编号n(n＝1,2,…,N) 为变量的三角函数，由下列三部分组成：

幅值——

角频率——2kπ/N

初相位——(φ)，

k取不同的整数值，得到不同的角频率2kπ/N，代表不同阶次的气 隙特征值分量；当k＝1时，X(1)为气隙特征值的1阶次分量；当 k＝2时，X(2)为气隙特征值的2阶次分量…，以此类推，当k＝N时， X(N)为气隙特征值的的N阶次分量；通常发电机定子低频振动频率以转频的1倍频、2倍频、3倍频为主，与气隙特征值的1阶次分量、 2阶次分量、3阶次分量的角频率相等，得到的气隙特征值各阶次分 量与相同频率的定子低频振动分量成正比，据此，在机坑内拆卸对应 的磁极，调整定子与转子之间的空气间隙，就能使气隙特征值明显减 小，对应的定子低频振动频率分量也明显降低。

本发明通过下列技术方案实现：一种基于气隙特征值降低发电机 定子低频振动的方法，其特征在于包括下列各步骤：