发电机定子绕组端部复合型振动机理及在线监测

近年来国内外大型火电、水电发电机组的若干安全事故进一步提高了对机组振动和扭振监测与防治的必要性和迫切性，其中发电机定子端部振动是新增研究热点。我国电网次同步振荡导致的机组扭振、水电等机组快速调节导致的频繁穿越振动区问题，使得本课题研究具有重要的理论意义和工程价值。本课题对发电机定子绕组端部包括振动和扭振的复合型振动机理及监测评估方法进行深入研究，采用理论建模分析和现场试验相结合的方法研究电子绕组端部复合型振动的多模态及振型；采用端部振动分布式连续检测，研究用于端部振动在线监测的强鲁棒性模态检测算法；研究端部振动的疲劳建模和疲劳在线评估算法，基于机械疲劳和可靠性分析方法解决端部振动的量化安全监测问题；利用发电机运行过程中的电气扰动冲击作为激励，在线识别端部绕组振动发生疲劳劣化；研究发电机组轴系扭振对端部振动的影响。最终提出系统的综合端部振动和轴系扭振的复合型端部在线安全监测和评估方法。

本项目研究了大型汽轮发电机组的定子端部复合型振动机理，包括采用集中质量模型和有限元的发电机定子、转子振动建模，端部振动模态及振型求取及其监测与应用；定子端部振动的受迫激励源分析，机网次同步振荡等电气扰动及谐振下的发电机定子、转子电磁互作用，次同步振荡下的定子模态受迫振动机理；振动模态的解耦分解算法，具有时域动态响应能力的模态实时分解算法；噪声激励下的发电机定子端部、转子模态辨识等。.主要的研究工作及成果如下：.1)以国内典型大型汽轮发电机组实际参数为例，分析建立了发电机定子振动的集中参数多质量块模型和分布参数的连续质量模型，计算定子端部振动模态，获得发电机定子端部振型；利用有限元计算的模态振型建立发电机定子端部振动的实测节点振动值与虚拟测点的对应关系，从而可获得对没有装设传感器的发电机端部不同位置的端振振动值；.2)研究了发电机定子端部的振动受迫激励机理，提出在机网互作用的情况下，次同步振荡工况将出现的机网谐振可导致发电机定子受迫振动。有限元分析表明大型汽轮发电机组定子存在位于次同步范围内的固有频率，与发电机轴系扭振原理一样，发电机定子次同步范围内的固有频率可能与电网侧存在直流输电、串补输电及快速控制设置相关的次同步振荡。该次同步振荡的谐振模态是发电机定子模态，并可能出现综合电气负阻尼导致的定子持续受迫谐振。提出了基于PSCAD仿真及定子端振振型相结合的定子端部次同步振荡下的受迫振动分析方法；.3)研究了大型汽轮发电机组运行中通过对定子端部振动噪声的测量，从噪声背景中辨识定子端部振动模态的方法及其算法。通过800MW/1000MW实际机组的端振和扭振实测数据中实现了对定子和转子振动模态的辨识；在此基础上进一步辨识了振动模态阻尼，可实现对部分主导模态的阻尼辨识。其中，发电机转子模态辨识结果得到了现场验证，这也验证了本课题提出的振动噪声背景下的发电机组振动模态辨识的有效性。定子端部模态辨识结果暂时未具备现场验证条件；.4)研究了具有良好时域响应特性的振动模态分解算法，通过周期延拓振动时域信号并经窄带滤波算法获得具有快速时域响应特征的旋转IIR算法，该算法适合于对冲击激励下的振动模态动态特征的在线辨识。