大型发电机定子绕组端部的模态试验分析.doc

大型发电机定子绕组端部的模态试验分析宁夏电力)2007年增刊(2)大型发电机定子绕组端部的模态试验分析李刚(宁夏电力科技教育工程院,银川市750011)摘要:介绍了模态分析的基本理论,以及用DI2200.时快速傅立叶分析仪和ME,scopeVES模态分析软件对500MW发电机定子绕组端部所做的模态试验分析.关键词:发电机;定子绕组端部;模态试验分析中图分类号:TM343.4文献标志码:B文章编号:16723643(2007)zk2-011704ModetestanalysisfortheendofthestatorwindinginlargegeneratorLIGang(NingxiaElectricScientificTechnology&TrainingEngineeringInstitute,Yinehuan750011,China)Abstract:Introducesthebasistheoryofmodeanalysis,byusingDI2200realtimefastFourieranalyzerandMEscopeVESmoduleanalysissoftware,makesmodetestanalysisfortheendofthestatorwindingin600MWgenerator.,Keywords:generator;,theendofthestatorwinding;modetestanalysis1引言发电机带负荷运行时,由于定子线圈与转子端部的漏磁通相互作用,使得定子绕组端部受到与转速相同的旋转电磁力作用.电磁力的径向分量是引起绕组端部结构振动的主要激励力.它具有如图l所示的形状类似于椭园的分布模式.其频率等于两极汽轮发电转速频率的2倍,对转速为3000r/min的汽轮发电机来说,电磁力频率为lOOHz.图l旋转电磁力径向分量的分布模式发电机定子绕组端部整体模态产生共振要有两个条件:一是模态频率要接近电磁干扰力频率;二是模态振型与电磁干扰力形状相接近.由于电磁干扰力的形状近似于椭园型,因此发电机定子绕组端部椭园型振型模态频率要避开100Hz足够远,一般需要满足机械行业和电力部门规定的避开94Hzl15Hz的标准.当发电机定子绕组端部两端(励端,汽端)椭园型振型模态频率接近或等于100Hz时,定子绕组端部将产生较大振动或共振.这将导致定子绕组端部绝缘磨损,冷却水管接头处泄漏等破坏事故,直接影响发电机组的正常运行,造成重大的经济损失.2模态试验分析的基本理论2,l频响函数和相干函数当f(t)和x(t)分别为某系统的输入(激励)和输出(响收稿日期:2007-0825作者简介:李刚(1977一),男,助理工程师,从事高压电气试验工作.?ll7?宁夏电力)2007年增刊(2)大型发电机定子绕组端部的模态试验分析应)信号时,动态信号分析仪通常按下列公式得到系统的频响函数H(f)和相干函数(f)日(,)=错(1)(,)=(2)式中:(,)一输入(激励)信号厂()的自功率谱;一输出(响应)信号()的自功率谱;(,)一输入(激励)信号.,()和输出(响应)信号()的互功率谱;日(厂)一系统的频响函数;一相干函数.相干函数的直总是在!之间.当它接近1时,说明t)和x(t)间有良好的因果关系;当它明显小时,说明信号受到干扰噪声的污染,或者系统具有非线性特性.2.2模态模型的基本方程所谓模态试验分析就是为确定系统模态参数所做的振动试验分析.模态参数估计方法大体上可分为时域法和频域法两种.时域法是一种从时域响应数据中直接估计模态参数的方法;频域法则是在测量频响函数的基础上利用最tJ-乘法来估计模态参数的方法.在当前,模态试验分析中较常用的激励方法是锤击法.该方法是用一把装有力传感器的力锤锤击被测结构,即给结构输入一个持续时间很短的脉冲力,与此同时,从一个或几个测量点测量运动的响应信号.当在第p点激励,第l点测量响应,实模态频响函数中的元素(位移频响函数)为:(3)式中:K一模态刚度;一模态质量;c=f一模态阻尼系数;fJ,fJ一模态振型.从(3)式可知,要得到全部模态参数,只要知道频响函数矩阵中的一列或一行就够了.这给试验带来很大方便,只需对结构上的一个测量点做激励,并在结构上各测量点测量响应;或分别对各测量点做激励,而仅在一个测量点测量响应就可以了.3测量分析仪器和模态分析软件3.1DI22002通道便携式实时快速傅立叶分析仪DI2200实时FFr分析仪其主要技术指标为:?l18?测量范围:t:lOmV到:t:lOV10档;耦合:AC,DC并且能为ICP型加速度传感器供电;动态范围:7odB;频率带宽:DC一25kHz到DC0kHz;谱线分辨率:100,200,400,800,1600线;窗函数:矩形窗,扁平窗,汉宁窗和力窗及指数窗;处理功能:线性谱,互相关,传递函数,相干函数,互谱和功率谱密度等;通过ADT-1数据转换程序,能够把分析仪输出的数据格式转换成UFF(Universa1)格式.UFF格式的传递函数送到MEscopeVES里就可进行模态分析.3.2MEscopeVES中的模态分析软件MEscopeVES是美国VibrantTechnology公司的产品,它包括:时间域和频率域的动画显示(Time&FrequencyAnimarion),运行偏移形状(OperaringDeflectionShapes),声音分析(AcousticAnalysis),模态分析(ModalAnalysis)和结构改正(StructuralModification).模态分析只是MEscopeVES中的许多功能的一部分.模态分析软件除了具有3维结构模型绘图,时间域及频率域和振型的动画显示外,还有模态参数估计,频响函数综合和多输入多输出(MIM0)分析等.MIMO分析能够利用MIMO频响函数(FRF)矩阵模型计算出强迫力响应,激振力或频响函数(FRF).4发电机定子绕组端部模态试验分析4.1采集频晌函数一般情况下,等间矩测量1/3或1/2的线棒就能够满足频响函数采集的需要,当然测量全部线棒就更好.试验时,用力锤锤击端部绕组,用加速度传感器测量其加速度响应,将力信号和加速度信号经放大器放大后,经傅立叶分析仪做传递函数分析即得到端部绕组的固有频率.模态试验采用多点激励单点响应的方法,本试验分析频带为(O一200)Hz.DI2200实时FFT分析仪有抗混滤波器,能消除频率混淆现象.对力信号要加力窗函数,对加速度响应信号要加指数窗函数,这些窗函数能抑制泄漏.对得到的频响函数要做平均处理,这能降低随机噪声的干扰.4.2模态试验分析将DI2200实时快速傅立叶分析仪采集到的频响函数用MEscopeVES做模态参数估计,就可得到被试发电机定子绕组端部汽端和励端的模态参数(模态频率,振型).宁夏电力)2007年增刊(2)大型发电机定子绕组端部的模态试验分析4.3应用实例以某电厂1台600MW发电机定子汽端,励端第一号线棒为第测点,沿逆时针方向每隔2槽布置个测点,汽端,励端各布置了18个测点.将得到的频晌函数输入到MEscopeVES中的模态分析软件中去,就可进行模态分析了.模态频率和振型列于表1,表2;图2为励端模态频率为560.6Hz的摇晃型振型(左)和励端模态频率为113.0Hz表1600MW汽轮发电机定子端部绕组励螭模态频率和振型振型励端模态频率(Hz)摇晃型四瓣型四瓣型摇晃型60.6l13.O151.0182.0的四瓣型振型(右);图3表示为励端模态频率为151.0Hz图2励端模态频率为560.6Hz的摇晃型振型(左)和励端模态频率为l13.0Hz的四瓣型振型(右)图3励端模态频率为151.0Hz的四瓣型振型(左)和励端模态频率为182.0Hz的摇晃型振型(右)图4汽端模态频率为50.8H的摇晃型振型(左)和汽端模态频率为106.OHz的三瓣型振型(右)?119?宁夏电力)2007年增刊(2)大型发电机定子绕组端部的模态试验分析图5汽端模态频率为156.0Hz的四瓣型振型(左)和汽端模态频率为175.00Hz的四瓣型振型(右)表2600MW汽轮发电机定子端部绕组汽端模态频率和振型振型汽端模态频率(Hz)摇晃型四瓣型四瓣型摇晃型50.8106.O156.0175.0的四瓣型振型(左)和励端模态频率为182.0I-Iz的摇晃型振型(右);图4表示汽端模态频率为50.8Hz的摇晃型振型(左)和汽端模态频率为106.0Hz的三瓣型振型(右);图5表示汽端模态频率为156.0Hz的四瓣型振型(左)和汽端模态频率为175.00Hz的四瓣型振型(右).4.4试验结果分析采用MEseopeVES中的模态分析(ModalPro)软件对600MW发电机定子绕组端部的模态试验分析,得到了该发电机定子绕组汽端和励端的比较全面的模态分析结果.分析结果表明,该发电机绕组端部的椭园型模态频率离电磁干扰力频率足够远,不会产生共振,这表明了机组能安全运行.一旦椭园型振型模态频率接近100Hz,就应采取措施,避免产生共振.一般的措施是:调(上接第94页)屏和交流屏的各项监控功能.仿真系统真实地仿真正常运行操作,事故和异常操作的动作过程,保证了进行变电站正常运行的监控训练,以及异常状态和故障情况下的现象分析和操作处理,满足了对宁夏电网各种变电站运行人员的培训要求.本套系统的研制成功给变电站运行人员提供了一种直接灵活的学习平台,是一种高效先进的培训手段.?120?整支架的把合紧密程度,改变线棒绑扎牢固程度和端部绕组的整体改造等.5结束语采用MEseopeVES中的模态分析(VisualModalPro)软件对600MW发电机定子绕组端部的模态试验分析,得到了该发电机定子绕组汽端和励端的比较全面的模态分析结果.分析结果表明,该发电机绕组端部的椭园型模态频率离电磁干扰力频率足够远,不会产生共振.参考文献:1李方泽等.工程振动测试与分析.高等教育出版社,1992年10月.2沃德?海伦等着.白化同等译.模态分析理论与试验.北京理工大学出版社,2001年6月.3M