大型汽轮发电机定子绕组端部模态分析

汽轮发电机定子绕组端部振动模态分析田科技;孙首群;栾本言;曲兆晖【摘要】结构振动问题在大型汽轮发电机中普遍存在，尤其定子端部绕组的振动问题最为突出。

定子绕组端部的振动模态分析是减小端部振动的有效手段。

利用三维有限元法模态分析，通过比较、分析发电机定子绕组端部振动系统的固有频率在不同模型结构和绕组安装工艺条件下的变化，总结出线棒的截面结构和加固结构对电机固有频率的影响规律。

通过比较完整系统的模态分析计算结果和实测结果，证实了模态分析计算的有效性。

分析结果对定子绕组端部结构设计和安装工艺有很大指导意义。

%There usually exists the problem of structural vibration in large turbo-generators, especially the vibration of the stator end winding. In this paper, modal analysis of the stator end winding is done. Three-dimensional finite element model for the stator end winding system is established and its natural frequencies and the corresponding modals are obtained. Then, the natural frequencies of the system with different structure and winding assembly process are analyzed and compared. The influence of the cross-section of the winding bar and the reinforcement of the structure on the natural frequencies is summarized. The validity of modal analysis is proved by comparing the results of the modal analysis with the measured results of a complete structure. The research work is helpful for design and assembly of the stator end winding.【期刊名称】《噪声与振动控制》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】4页(P33-36)【关键词】振动与波;汽轮发电机;定子绕组端部;固有频率;有限元;加固结构【作者】田科技;孙首群;栾本言;曲兆晖【作者单位】上海理工大学机械工程学院，上海 200093;上海理工大学机械工程学院，上海 200093;上海理工大学机械工程学院，上海 200093;上海理工大学机械工程学院，上海 200093【正文语种】中文【中图分类】TH113.1;0241.82随着汽轮发电机单机容量的增大，端部绕组所受的电磁力随之增大，从而激发起端部绕组相应的振动。

论大型汽轮发电机定子模态分析摘要：随着发电机单机容量的日益增大，作为衡量发电机性能和运行的可靠性的一项重要指标，发电机定子绕组端部振动问题愈加重要，已经受到发电机生产厂家及相关单位的重视。

本文在现场试验测量的基础上，结合力和振动的相关理论，利用发电机定子绕组端部特性测试系统对一电机制造有限公司引进法国ALSTOM公司技术生产的220Mw空冷汽轮发电机定子绕组端部的模态进行测试和分析。

关键词：汽轮机发电机模态随着科学制造水平的进步与提高，对电网运行稳定性的需求也不断提高。

大型发电机的安全运行对整个电网的安全、稳定运行将起到越来越重要的作用。

发电机单机容量逐渐增加，使汽轮发电机定子端部绕组需要承受的交流变电磁力逐渐的增大，也带来了汽轮发电机定子端部绕端部振动导致各类问题。

因此，我们不仅要追求大容量电机在大型汽轮制造应用，同时也要给予其电机定子绕组端部振动问题高度重视，以保证电网运行的稳定与安全。

1 发电机通常采用的定子绕组端部结构大型汽轮发电机定子绕组端部振动是设计、制造和运行中的关键问题。

机组在稳态运行时，定子绕组端部除了要承受绕组中的作用力和定子铁心承受的交变载荷，同时还要承受巨大的瞬态电磁力。

而且随着发电机的容量的不断增加，受到的磁力随之增大。

抑制汽轮发电机定子绕组端部振动的方法就是加强绕组端部的固定。

目前，随着发电机冷却方式以及制造厂家的不同，大型汽轮发电机定子绕组端部固定方法也有所不同，根据不同容量机组其固定方式基本可分为绑扎式、压板式和灌注式。

1.1 绑扎式固定结构图1 绑扎式绕组端部固定结构汽轮发电机端部大多采用绑扎式固定结构，在绑扎式结构中，一般使用环氧玻璃布层压板和浸胶后，将上下层线棒通过绑环、垫块、适形材料等固定在支架上进行绑扎，以保证在发电机绕组端部不发生轴向位移。

绑扎式结构的优点是工艺简单、可操作性强、散热性好，足以承受200MW及以下汽轮发电机产生的电磁力。

但绑扎式固定方式的缺点是强度不高。

发电机定子绕组端部模态振型分析1.发电机定子绕组端部的结构特点发电机定子绕组端部是指定子绕组从槽垂直升起，连接到末端的部分。

其主要由绕组导线、绝缘材料、端头及连接器等组成。

在运行中，定子绕组端部容易受到电磁力的作用，从而引起振动和应力的集中。

因此，对于发电机定子绕组端部的振动特性进行分析，可以揭示其结构的强度和稳定性等方面的问题。

2.模态振型的定义和计算方法模态振型是指机械系统在自由振动过程中各部件的振动形态。

对于发电机定子绕组端部而言，其模态振型可以通过有限元方法进行计算。

有限元法是一种基于离散化的数值计算方法，将连续系统离散化为有限个子域，通过计算子域之间的相互作用来描述整个系统的运动规律。

3.模态振型分析的意义模态振型分析可以揭示发电机定子绕组端部在运行过程中的振动特点和模态分布情况。

通过对模态振型进行分析，可以了解发电机定子绕组端部的结构强度、稳定性和振动响应等方面的问题。

同时，模态振型分析还可以为发电机的结构优化和故障诊断等提供参考依据。

4.常见的模态振型分析方法常见的模态振型分析方法主要包括有限元法、模态测试法和解析法等。

其中，有限元法是一种计算机数值方法，通过对有限元模型进行求解，可以得到发电机定子绕组端部的模态振型和频率响应。

模态测试法是通过实际测试，通过检测和分析振动信号，得到发电机定子绕组端部的振动模态。

解析法是通过解析方程，得到发电机定子绕组端部的模态振型和频率响应。

总结起来，发电机定子绕组端部的模态振型分析对于发电机的性能分析和故障诊断具有重要的意义。

通过对发电机定子绕组端部的模态振型进行分析，可以揭示其结构的强度和稳定性等方面的问题，为发电机的结构优化和故障诊断提供参考依据。

常见的模态振型分析方法包括有限元法、模态测试法和解析法等。

DL／T735-2000⼤型汽轮发电机定⼦绕组端部动态特性的测量及评定⼤型汽轮发电机定⼦绕组端部动态特性的测量及评定DL/T735-2000DLLT735-2000前⾔随着发电机单机容量的增加，定⼦绕组端部受到的两倍频电磁⼒随之增⼤。

如果定⼦绕组端部的固有频率接近1001IZ，在运⾏中绕组端部将会产⽣较⼤的谐振振幅，且以绕组端部整体模态频率接近1001z、振型为椭圆时最为严重近年来，国产和进⼝⼤型汽轮发电机由于定⼦绕组端部谐振或其他原因，绑绳、⽀架固定螺栓、槽内紧固件松动和线棒绝缘磨损的现象时有发⽣，因⽽开展发电机定⼦绕组端部动态特性的测量和评定⼯作⼗分必要。

本标准对⼤w汽轮发电机定⼦绕组端部动态特性的fi1量⽅法和评定准则作了具体规定。

本标准从⽣效之⽇起，电⼒⾏业有关规定中所有涉及发电机定⼦绕组端部动态特性的测量及评定的部分，凡与本标准相抵触的，以本标准为准。

本标准的附录A是提⽰的附录。

本标准由电⼒⾏业电机标准化技术委员会提出并归⼝。

本标准负责起草单位:⼭东电⼒研究院;参加起草单位:华北电⼒科学研究院，东北电⼒科学研究院。

本标准主要起草⼈:孙树敏、王⽂琦、⽩亚民、马庆平、⾼波、孟瑜。

本标准由电⼒⾏业电机标准化技术委员会负责解释。

1056DL/T735-2000⽬次前⾔，.....，..，.，...，，...，，....，，，......，，....，.，.....，，，........。

.............，.................，.. (1056)1范围·····································...............................................···········⼀10582引⽤标准 (1058)3定义.....................................................，......，..............，....，， (1058)4测量项⽬和⽅法········，，···························，，··························，，············⼀10595测量设备和模态分析软件要求·····，，······，····························，，，................·⼀10606测量条件.............，............，，....，，.......................................， (1061)7评定准则...................................................，.....，..............................， (1061)附录A〔提⽰的附录)模态分析的⼀般⽅法.，...................44...............，，.....，.. (1061)1057中华⼈民共和国电⼒⾏业标准⼤型汽轮发电机定⼦绕组端部动态特性的测量及评定DL/T735-2000Measurementandevaluationofthedynamiccharacteristic onstatorendwindingsofthelargeturbo-generator范围本标准规定了⼤型汽轮发电机定⼦绕组端部动态特性的测量⽅法及评定准则。

研究与开发大型汽轮发电机定子绕组三维模型建立及模态分析吴东东李娟（北京信息科技大学自动化学院，北京 100192）摘要本文针对大型汽轮发电机定子的结构复杂性，在定子端部渐开线三维模型建立的基础上，通过Pro/E建立汽轮机定子绕组模型，包括渐开线端部绕组模型、定子绕组直线段以及压板等结构的建立和装配。

并且通过Pro/E与ANSYS良好连接性，把建立的模型导入ANSYS中，进行了上层线棒和定子线棒整体装配结构的模态分析，为之后进行端部绕组及定子绕组的电磁振动等研究提供依据。

关键词：定子绕组；Pro/E；ANSYS；模态分析The establishment and the modal analysis of the three-dimensional modal of the stator winding of large turbo generatorWu Dongdong Li Juan(Beijing Information Science & Technology University, College of Automation, Beijing 100192)Abstract For the structural complexity of large turbine generator stator, on the basis of the three-dimensional model of the stator end involute, the turbine stator winding model was established in Pro/E: including the establishment of winding model of the involute end, the line segment of the stator winding and the pressing plates, then the stator winding and pressing plates are assembled.The article carries out the modal analysis of upper winding-bar and the assembly structures of stator line rod by the good connectivity of Pro/E and ANSYS, therefore providing the basis for the studying of electromagn-etic vibration of the end winding and stator winding afterwords.Keywords：stator winding; Pro/E; ANSYS; modal analysis发电机单机容量的增加，使得发电机的振动问题愈加凸显。

汽轮发电机定子绕组端部模态测试与分析何青;崔志斌;韩泓池【摘要】汽轮发电机的定子绕组端部在运行中受到旋转电磁力的作用而受迫振动,造成安全隐患.因此,新机出厂或大修时,需对发电机定子绕组端部动态特性做出判断,以便及时排除故障,减少经济损失.以模态分析的试验法为指导,对一台汽轮发电机的定子绕组端部进行测试和试验数据分析,进而得出该发电机励端和汽端的模态振型估计结果.在测试和分析过程中发现:模态置信准则矩阵能够为可能的错误模态估计结果指出思考的方向;不理想的激励信号输入或不理想的响应信号试验数据会降低模态估计结果的精度.【期刊名称】《电力与能源》【年(卷),期】2017(000)004【总页数】5页(P467-471)【关键词】汽轮发电机;定子绕组;模态测试;模态分析;模态置信准则【作者】何青;崔志斌;韩泓池【作者单位】华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京 102206;华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京 102206;华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京 102206【正文语种】中文【中图分类】TM311在汽轮发电机运转发电过程中，定子线圈电流和转子端部的漏磁通彼此作用，定子端部绕组会受到它们之间所产生的旋转电磁力的作用。

定子绕组端部出现的振动问题，从20世纪90年代起，我国对此问题开展了研究。

模态分析是力学结构动力学特征研究的一种手段，模态参数可通过仿真计算或试验数据分析得到。

在汽轮发电机的研发过程中，利用ANSYS等有限元分析软件进行的计算模态分析，能够为定子端部结构设计提供一定的技术支持[1]。

在汽轮发电机新机出厂、交接及检修过程中，试验模态分析能够为其定子端部的动态特性评判提供依据。

基于多年来工程人员的应用经验及研究人员的研究成果，我国于2006年发布了《透平型发电机定子绕组端部动态特性和振动试验方法及评定》的国家标准。

近些年来，测量按国外先进技术制造的1 000 MW汽轮发电机定子端部的动态特征时，仇明等发现了尽管测试结果不与标准要求相符但被测对象并不存在端部故障的情况，并提出了修订标准的建议[2]。

发电机定子绕组端部固有振动频率测试及模态分析摘要：本文主要介绍发电机定子端部绕组进行固有频率测量及模态试验分析方法，定量分析端部绕组的振动状态，通过每次试验的结论，对比历史数据和比较趋势，发现未来运行中的事故隐患，从而避免由发电机定子绕组端部振动过大引起绝缘磨损进而引发短路事故。

关键词：定子绕组端部固有振动频率模态分析一、前言随着发电机单机容量的增加，定子绕组端部受到的两倍频电磁力随之增大。

如果定子绕组端部的固有频率接近100Hz，在运行中绕组端部将会产生较大的谐振振幅，且以绕组端部整体模态频率接近100Hz，振形为椭圆时最为严重。

发电机定子端部绕组松动、磨损造成发电机定子短路、接地的事故时有发生，造成了巨大的直接经济损失和间接经济损失。

给社会生活和生产带来很大危害。

因此，对发电机定子端部绕组进行固有频率测量及模态试验，定量分析端部绕组的振动状态，成为加强对发电机定子端部绕组松动、磨损的有效检查手段之一，也是预防发电机事故的重要措施之一。

发电机定子绕组端部机械振动模态测量属无损检查性试验，可由试验结果预测发电机实际运行时端部的振动状态，不但每次试验的结论可指导发电机的维护和检修，而且通过对比历史数据和比较趋势，可以帮助发现未来运行中的事故隐患，对避免由发电机定子绕组端部振动过大引起绝缘磨损进而引发短路事故有重要的指导意义。

二、固有频率测量及模态试验1．测点的要求1.1测点位置能够在发电机定子结构变形后明确显示试验频段内所有模态的变形特征和模态间的变形区别。

1.2测点数量测点数量不应少于定子槽数的一半。

根据实际情况在汽励两侧定子绕组端部锥体内截面上取3个圆周，在圆周上均匀选取发电机端部上层线棒做为测试点。

根据测试实现的难易程度选择单点激振法还是多点激振法。

2.加速度传感器的固定用真空泥（或其它粘接物）将加速度传感器临时固定于被试线棒上。

1.4激振方式激振方式是锤击法。

根据测试实现的难易程度选择单点激振法还是多点激振法。