董小錄，王夏洋

（山西漳澤電力股份有限公司河津發(fā)電分公司，山西 河津 043300）

0 引言

某電廠發(fā)電機(jī)型號為QFSN-300-2型汽輪發(fā)電機(jī)，于2005年投入商業(yè)運(yùn)行。發(fā)電機(jī)電磁噪聲自2015年開始變大，且伴隨如下特點(diǎn)：電磁噪聲的大小隨季節(jié)發(fā)生明顯變化，夏季電磁噪聲最小、冬季噪聲最大；噪聲及振動方面，噪聲主要集中在發(fā)電機(jī)中部且隨負(fù)荷變大而增大、無功對噪聲影響不明顯、發(fā)電機(jī)水平振動小于20 μm；溫升方面，發(fā)電機(jī)定子線棒、線棒出水溫度、定子鐵芯及端部溫度均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，各個(gè)測點(diǎn)溫度均勻、溫差不超過4℃，且同等負(fù)荷下該機(jī)組的鐵芯、定子線棒及出水溫度等低于同型機(jī)組運(yùn)行參數(shù)；檢修方面，通過對定子鐵芯檢查，并未發(fā)現(xiàn)鐵芯局部松動、磨損產(chǎn)生紅粉及油泥溢出等現(xiàn)象，且定子槽契緊量達(dá)標(biāo)；試驗(yàn)方面，發(fā)電機(jī)短路特性試驗(yàn)、空載特性試驗(yàn)及轉(zhuǎn)子交流阻抗試驗(yàn)與以往參數(shù)及出廠報(bào)告無明顯差異，未發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路現(xiàn)象。定子端部模態(tài)試驗(yàn)端部繞組自振頻率未落入基頻及倍頻范圍內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)橢圓形振型，但在檢修中未進(jìn)行定子鐵芯及機(jī)座的振動及模態(tài)試驗(yàn)。運(yùn)行參數(shù)與同型機(jī)組及以往運(yùn)行參數(shù)比較，在同等有功及無功下轉(zhuǎn)子電流電壓未見差異。發(fā)電機(jī)電流電壓波形未見諧波含量增大現(xiàn)象。

現(xiàn)場測量發(fā)電機(jī)噪聲最大時(shí)達(dá)100 dB（A），不滿足GB/T7064—2008《隱極同步發(fā)電機(jī)技術(shù)要求》[1]中“發(fā)電機(jī)聲壓級限值不超過92 dB（A）”、《QSFN-300-2型水氫氫汽輪發(fā)電機(jī)技術(shù)條件》中“噪聲水平IPA≤90 dB（A）”的要求。分別在2015年和2017年檢修中對定子鐵芯進(jìn)行了兩次壓緊并更換了定子槽契，兩次累積壓緊距離為汽端、勵端各8 mm。但兩次壓緊鐵芯并未解決電磁噪聲大的問題。為此，對發(fā)電機(jī)鐵芯結(jié)構(gòu)、電磁噪聲的頻譜及形成原因進(jìn)行了檢查和分析，找到了電磁噪聲大的原因，通過一系列改進(jìn)措施，解決了電磁噪聲大的問題。

1 發(fā)電機(jī)定子鐵芯結(jié)構(gòu)

定子鐵芯由高導(dǎo)磁、低比損耗的無取向冷軋硅鋼板沖制的扇形片疊壓而成，每張沖片的兩面均經(jīng)絕緣處理，以減小鐵芯磁滯損耗和渦流損耗。鐵芯外圓開有鴿尾槽，通過鴿尾槽將鐵芯固定于定位筋上，形成鐵芯沖片圓周方向的固定。定位筋為中間開槽式彈性定位筋，依靠彈性定位筋的彈性性能形成與機(jī)座的彈性隔振及彈性支撐結(jié)構(gòu)。鐵芯兩端靠無磁性壓指和大壓圈緊固，通過軸向18根定位筋拉緊形成整體，壓圈和壓指共同傳導(dǎo)壓力，保證鐵芯齒部的壓緊。通過周向及軸向固定，保證鐵芯整體緊固，并通過定位筋與機(jī)座的彈性支撐結(jié)構(gòu)，減小發(fā)電機(jī)運(yùn)行中定、轉(zhuǎn)子鐵芯間的磁拉力在定子鐵芯中產(chǎn)生的倍頻振動對機(jī)座的影響。

2 電磁噪聲的發(fā)現(xiàn)及原因分析

2.1 噪聲頻譜的分析

通過噪聲伴隨的特點(diǎn)，可以排除轉(zhuǎn)子繞組匝間短路、發(fā)電機(jī)端部繞組振動及鐵芯軸向松動等可能性。為了分析噪聲形成的原因，按照GB/T10069.1—2006《旋轉(zhuǎn)電機(jī)噪聲測定方法及限值》，對發(fā)電機(jī)進(jìn)行了1/3倍頻程A計(jì)權(quán)聲壓級噪聲頻譜測試[2]，測試結(jié)果如表1所示。

表1 某電廠3、4號發(fā)電機(jī)噪聲值

由表1參數(shù)可以看出，發(fā)電機(jī)噪聲呈現(xiàn)如下特點(diǎn)：一是和同型機(jī)組相比，同等負(fù)荷下該發(fā)電機(jī)100 Hz頻譜的噪聲明顯大于同型機(jī)組。二是該機(jī)組在不同負(fù)荷下，8 Hz、100 Hz頻譜的噪聲無明顯變化。三是在高負(fù)荷下，630 Hz～2.5 kHz頻譜的噪聲均有增大，以630 Hz頻譜噪聲的貢獻(xiàn)最大。需要說明的是，中心頻率630 Hz是這個(gè)頻率附近的代表值，不一定在中心頻率這一點(diǎn)上，可能為600 Hz，也可能是650 Hz[3]。

2.2 噪聲產(chǎn)生根源分析

發(fā)電機(jī)噪聲的根源是電磁力引發(fā)的電磁振動，電磁力產(chǎn)生的根源是定、轉(zhuǎn)子線圈電流與穿過槽部的磁通相互作用形成的徑向和切向電磁力。由于轉(zhuǎn)子鐵芯為整體鍛造具有較強(qiáng)的剛性，因此電磁力引發(fā)的振動主要反映在定子鐵芯上。此力有兩部分：一是槽中電流產(chǎn)生的橫向漏磁場與軸向電流相互作用產(chǎn)生的徑向磁力，另一部分是當(dāng)齒部飽和時(shí)槽中徑向磁通與軸向電流產(chǎn)生的切向電磁力。徑向電磁力大小為

其中，IΨ為定子相電流，a為定子繞組并聯(lián)支路數(shù)，bn為定子槽寬，ω為角頻率，w=2πf，f為電流頻率。由此可見，徑向電磁力呈現(xiàn)交變特性且受力方向始終壓向槽底，其大小與定子電流的平方成正比，頻率程倍頻特性，當(dāng)上下層屬于同一相時(shí)，電磁力最大。切向電磁力大小為

Fj=1.78× （IΨ/a）2×Hj×10-6

其中，Hj為計(jì)算點(diǎn)的齒部磁場強(qiáng)度。由此可見，切向電磁力呈現(xiàn)恒定特性且方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反，始終將線棒壓向槽壁。

由此可見，徑向和切向電磁力是引起線棒及鐵芯振動的根本原因。定子鐵芯在倍頻電磁力及中、高頻電磁力的作用下發(fā)生振動、形成電磁噪聲。而鐵芯軸向、圓周方向沒有可靠壓緊，鐵芯彈性定位筋與機(jī)座固定不牢固，最終加劇了振動及噪聲。另外，當(dāng)勵磁系統(tǒng)性能下降，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子電流中出現(xiàn)諧波分量時(shí)，將在定子線棒中產(chǎn)生中頻及高頻電磁力，將加劇中頻或高頻振動、電磁噪聲。

3 噪聲大的危害

由于電磁噪聲反映的是定子鐵芯及定子線棒在電磁力的作用下呈現(xiàn)的振動特性。因此，高電磁噪聲就反映為大的電磁振動。鐵芯及定子線棒在這些電磁力的作用下將會導(dǎo)致如下后果。

a）長期振動將造成定子鐵芯松動變形、鐵芯磁場中心偏移、定轉(zhuǎn)子間隙不均勻等后果，進(jìn)一步導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

b）振動導(dǎo)致鐵芯片間絕緣磨損短路，短路點(diǎn)通過定位筋形成回路，最終形成渦流、燒熔鐵芯。

c）振動將導(dǎo)致定子鐵芯對定子線棒絕緣的磨損，進(jìn)一步形成接地或相間短路故障。

d）長期振動導(dǎo)致定位筋彈性性能下降，鐵芯與機(jī)座不能形成有效的隔振、固定結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步加劇了定位筋的損耗與振動。

4 解決辦法

為了解決電磁噪聲的問題，經(jīng)借鑒其他廠經(jīng)驗(yàn)，采取方法如下。

a）鐵芯定位筋局部采用鐵芯輔助夾緊工具固定定位筋，防止定位筋與鐵芯之間產(chǎn)生位移。同時(shí)在鐵芯背部鴿尾槽內(nèi)打入絕緣砌塊，增大定位筋與鐵芯的結(jié)合力，防止定位筋在鴿尾槽內(nèi)產(chǎn)生位移。最終形成鐵芯和定位筋圓周方向的彈性緊固，防止圓周方向鐵芯和定位筋因松動、變形、產(chǎn)生位移，導(dǎo)致其在電磁力的作用下發(fā)生振動，同時(shí)也增大了定位筋的彈力。

b）鐵芯端部采用齒部內(nèi)傾式的壓指和壓圈，以此增大鐵芯齒部的壓力，提高鐵芯整體軸向的緊力。

c）檢查鐵芯定位筋與機(jī)座之間的彈性支撐，對彈性不足或支撐接觸面有間隙的進(jìn)行加墊塊處理，保證彈性支撐與定位筋有良好的接觸，能起到良好的隔振、固定性能。

d）完成定子鐵芯與機(jī)座的固有振動測試及模態(tài)試驗(yàn)，防止其與電磁力形成共振。

通過上述方法，提高了鐵芯軸向和圓周方向的緊力，提高了鐵芯定位筋與鐵芯的貼合力，保證鐵芯整體緊固并與定位筋可靠貼合，解決了因鐵芯固定不牢、定位筋與鐵芯結(jié)合不可靠在電磁力的作用下形成的高電磁噪聲。

5 結(jié)束語

從發(fā)電機(jī)電磁噪聲的相關(guān)特點(diǎn)及檢修試驗(yàn)記錄，排除了轉(zhuǎn)子繞組匝間短路、定子鐵芯端部共振等影響因素；從改變發(fā)電機(jī)局部結(jié)構(gòu)、提高發(fā)電機(jī)抵御電磁力的能力入手，提出了解決發(fā)電機(jī)電磁噪聲大的方案。另外，需要進(jìn)一步分析勵磁系統(tǒng)性能對電磁噪聲的影響因素，從而為解決發(fā)電機(jī)電磁噪聲大的問題提供最終方案。

需要注意的是，由于改變了發(fā)電機(jī)局部結(jié)構(gòu)，為防止出現(xiàn)鐵芯片間過電壓，應(yīng)定期測量鐵芯與定位筋的接觸電阻，并檢查鐵芯定位筋的連接處是否存在電弧灼傷痕跡。防止結(jié)構(gòu)改變后在端部漏磁通增大的情況下形成片間絕緣擊穿導(dǎo)致鐵芯故障[4]。