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水轮发电机定转子变形评价方法研究张建国（广东省水电集团有限公司，广东广州511341）摘要：水轮发电机组定子、转子的各类变形会导致气隙发生变化，进而破坏原机组的磁路线，形成电磁振动，使机组的运行工况恶化。提出用于评价转子机械变形、定子热变形和结构变形的量化评价指标，变形评价应用实例证明，利用这些量化指标并结合趋势分析技术，研究定子、转子变形与振动的关系，可以及早发现水轮发电机定子、转子故障。关键词：水轮发电机；定子；转子；机械变形；热变形；结构变形；评价方法中图分类号：TM303.3文献标识码：A文章编号：1672-5387（2011）02-0010-04水轮发电机组定子、转子的变形，会破坏原机组的磁路线，有可能形成磁振动，从而增大机组振动，恶化机组运行工况。如果机组长期处在这种工况下运行，其结构可能受到破坏，并诱发其他事故【1】。随着国内水轮发电机组状态监测技术的发展，作为其重要组成部分的发电机气隙动态测量技术也同步得到了推广和应用。但国内外的监测技术，都是将气隙监测和机组振动监测完全分开，并且气隙测量单元主要集中在机组运行保护和瞬时的转子磁极伸长、相对偏心及圆度的分析和诊断上，很少涉及对定子、转子变形的分析。本文利用气隙测量系统采集得到的数据，结合水轮发电机组的运行特点和故障机理提出用于评价转子机械变形、定子热变形和结构变形的量化评价参数，利用这些参数并结合趋势分析技术，可以及早地发现故障。1发电机定子、转子评价指标的建立1.1建立定子、转子变形评价指标的基本思路在直角坐标系中，纵坐标为气隙的位移值，横坐标为磁极个数。图1为某电站2号机在空载额定转速工况时(不加励磁)传感器测得发电机转子磁极间隙平面曲线展开图【2】。图2发电机特征图图2为2号机在同样工况时1号传感器、1号磁极下发电机定、转子圆度特征图。从图1、图2中可以得到该工况下转子的圆度、偏心距、偏心角以及最大、最小气隙值和气隙发生的部位。这里的定子圆度是相对某一特定的磁极而言的；转子圆度系相对某一特定的传感器而言的，特定的磁极(或传感器)可以在数据分析中选择，如图2中选1号磁极(传感器)。这里采用最小二乘圆法(也称平均圆法)确定动态定子、转子的圆度误差，当所测得的轮廓曲线上的各点至某一圆的距离平方和为最小时，该圆即为最小二乘圆。设轮廓曲线上的各点｛直角坐标为(xi，yi，)，根据所测气隙值及相应磁极方位角求得｝至该圆圆心(直角坐标为(a、b))的最大距离为Rmax，最小距离为Rmin，其中：收稿日期：2011-01-14作者简介：张建国（1966-），男，高级工程师，从事水电站机电安装技术、管理工作。图1转子磁极形状na?2?1?x（1）定子热变形评价指标包括：1）定子热变形量；in2）定子热变形不均匀度；3）定子几何中心相对偏移11n（2）值及方位。b?2?n?yi定子热变形量指在机组并网后和达到热平衡前1最小二乘圆半径R为：这段时间，平均气隙的变化值，计算公式为：1nnnR?2???ri（3）?A?A（6）n1?A?i?1?i?1由以上公式可求得圆度误差，由此可进一步求nn出定、转子的偏心距和偏心角。这里要说明的是，定子热变形不均匀度，则指该段时间从不同方GB8564—2003中规定的定、转子圆度的评价方法位测到的气隙变化值的最大、最小之差，计算公式为：nn是针对静态圆度测量的，对动态圆度测量不适用。鉴?A?max(A?A)?min(A?A)（7）于动态下定子、转子的转动轨迹有所偏心，故采用最i?1i?1小二乘圆法可以评定动态定子、转子圆度误差。式中：A为各测点实时测量到的气隙值；n为测根据上述评价的基本思想，本课题提出了有关点安装数目；t1为机组开机并网后达到热平衡的时变形的量化指标，并通过这些量化指标实现评价机刻；t0为并网后的初始时刻；△Ar为定子热变形量；组方法，进而研究定子、转子变形与振动的关系。△Ardiff为定子热变形不均匀度。1.2定、转子变形评价指标的建立[3]定子热变形量过大反映出定子刚度不够（或设（1）转子机械变形评价指标计不合理）；定子热变形不均匀度过大，则反映出定转子机械变形评价指标为：1）转子机械变形量；子安装存在问题，如分瓣式铁心的合缝松动或定子2）转子机械变形不均匀度；3）转子中心相对偏移值机座焊缝收缩变形问题等。及方位。（3）定子结构变形评价指标转子机械变形量指机组从开机到投入励磁前平定子结构变形（不包括定子的热变形量）评价指均气隙的变化值，计算公式如下：标包括：1)定子总体变形量；2)定子总体变形不均匀nn?A?A度；3)定子几何中心相对偏移值及方位。?A?i?1?i?1（4）定子总体变形量指定子各个方位的气隙值与最nn近一次A级检修后的初始值变化值的平均值，在计转子机械变形不均匀度指从不同方位测量得到算时需要去除定子热变形量