发电机定子绕组端部固有振动频率测试及模态分析
隐极同步发电机定子绕组端部动态特性和振动测量方法及评定
中华人民共和国国家标准隐极同步发电机定子绕组端部动态特性和振动测量方法及评定Measurement method and evaluation criteria of dynamic characteristic and vibration on stator end windings of cylindrical synchronous generatorsGB／T 20140-2016代替GB／T 20140-2006发布日期：2016年2月24日实施日期：2016年9月1日中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会发布前言本标准按照GB／T 1．1-2009给出的规则起草。
本标准代替GB／T 20140-2006《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》。
与GB／T 20140-2006相比，主要差异如下：——修改了标准的名称(见封面，2006年版的封面)；——修改了标准的适用范围(见第1章，2006年版的第1章)；——增加了对转速为1500r／min、1800r／min的4极发电机的评定准则(见6．1)；——增加了响应比的测试方法和用响应比评定动态特性的准则(见6．1)；——增加了对通频(频率范围为大于或等于转频)的振动限值和评定准则(见6．2)；——增加了附录A的内容(见A．3、A．4和A．5)。
本标准由中国电器工业协会提出。
本标准由全国大型发电机标准化技术委员会(SAC／TC 511)归口。
本标准起草单位：哈尔滨大电机研究所、东方电气集团东方电机有限公司、上海电气电站设备有限公司发电机厂、华北电力科学研究院有限责任公司、国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院、国网湖北省电力公司电力科学研究院、北京四方继保自动化股份有限公司、中广核工程有限公司、北京北重汽轮电机有限责任公司、国网山东省电力公司电力科学研究院。
本标准主要起草人：阙广庆、陈昌林、胡建波、钟苏、白亚民、王健军、王劲松、阮羚、刘全、李祚滨、顾俊果、孙树敏。
汽轮发电机定子绕组端部振动模态分析
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。
GB 50150—2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》修订说明
试验作参考 。对於 出厂试验或其他探索性试验不 包括在本标准范 围内。因此如发电机部分 的定子 铁芯试验、测量超瞬态电抗和负序电抗等这些 出 厂试验或型式试验项 目被取消 ，而增加了定子绕 组端 部 固有 振 动频率 测试 及模 态分 析 、定 子 绕组 端部线包绝缘施加直流电压测量 。
模 态 分析 在 电厂的运行中，由于电机端部、引线因磨损
造成故障已发生多起 。国内各科研机构 、业 内人士 对此也作 了很多工作 。这次修订中对试验标准进 行 了反复讨论 。考虑本试验是有一定难度的特殊 试验项 目，故标准中定为当制造厂 已进行过试验 ， 且 有 出厂试 验 报告 时 。可不进 行试 验 。但根 据 实 践 ，该试验的条件 、试验结果的分散性 比较大。有 时制造厂的试验结果与现场试验结果相差较大 ， 所以如果有条件时，如 已请 了较高级的专业试验 机构做别 的特殊试验项 目。可同时安排本项 目试 验时 ，尽可能安排此试验 ，一方面可以验证出厂试 验数据 ，另一方 面可留下安装原始数据 ，为将来运 行、检修提供参考数据。
３）发 电机定子绕组端部现包绝缘施加直流电 压 测 量 ，为对 大 型 发 电机 环 形 接 线 、过 渡 引线 、鼻 部手包绝缘、引水管水接头等处绝缘的捡查 。本标 准对施加电压值作了规定 。评定标准为“所测表面 直流电位应不大于制造厂的规定值”。是根据 防止 电力生产重大事故 的二十五项重点要求编写 的。 和 《电力设备预防性试 验规程￣ＤＬｆｒ ５９６的规定 相统一 ，便於供以后检验时参考 。 ３．３变压 器试 验标 准修 改
２ 修订 的原则
修订本标准的原则是要肓先进性、有 实用性 执行本标准达到促进我 国电力工作 的发展进步 ， 适应电力工业发展的需要 。修订后 的标准要对施 工验收工作具有指导性、操作性 ，具有和其他现行 标 准 、规 范 的相 容性 。
机组定子端部模态试验方法与分析
机组定子端部模态试验方法与分析发表时间：2020-12-10T05:35:02.758Z 来源：《河南电力》2020年7期作者：周勇[导读] 为保障机组安全稳定运行，机组在出厂前、新机交接、运行时出现线圈磨损或松动等异常时、大修检查时进行定子端部模态试验十分有必要。
（湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司湖南省长沙市 410213）摘要：定子绕组端部结构的优化设计使定子绕组端部的整体固有频率避开95-110HZ，但因制造、安装或运行中的冲击现象，部分机组的定子绕组端部的固有频率可能落入95-110HZ范围之内，容易发生因振动引起的机组定子绕组端部故障。
为保障机组安全稳定运行，机组在出厂前、新机交接、运行时出现线圈磨损或松动等异常时、大修检查时进行定子端部模态试验十分有必要。
关键词：定子端部模态试验；试验方法；数据统计分析1 引言随着电力系统技术发展，装机单机容量不断增加，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，将发生谐振，从而可能因振幅过大而发生结构松动、磨损、绝缘损坏等现象，甚至断裂等故障，严重威胁机组的安全运行。
因此有必要对机组进行定子端部模态测试定子线棒和引线固有频率测试，检查定子设备状态，及时发现和处理发电机运行中定子绕组潜在或发展中的故障，采取防止振动的有效措施，确保设备安全稳定运行。
以下结合某电站3号机组定子绕组端部模态试验探讨一下试验内容要求、方法和数据统计分析。
2试验内容及要求2.1定子线棒固有频率测量对定子线棒上下两端进行固有频率测量；要求：1）测量每根线棒上端部的径向固有频率。
2）测量每根线棒下端部的径向固有频率。
2.2定子端部模态数据测量及分析在定子线棒上下两端分别进行模态测试，并给出定子端部整体模态；要求：取线棒上、下端部的二个支持环作为试验圆周，每个圆周上取16个测点，共有2×16个测量点。
测量上、下线棒端部的整体模态。
3 试验方法和数据统计分析3.1定子线棒径向固有频率测量测量定子线棒径向固有频率，线棒下端部有300个，线棒上端部有240个。
发电机定子绕组端部固有频率测试及模态试验分析研究
ＧＡ （ ）— — 输 入 （ 励 ）信 号 ｆ （）和 输 出 厂 激 ￡ （ 应 ）信 号 ｚ（）的互 功 率 谱 。 响 ￡ 相 干 函 数 的 值 总 是 在 ０ ｌ之 间 。 当 它 接 近 ｌ ４ 时 ，说 明 ｆ （）和 ｚ （）间 有 良好 的 因果 关 系 ；当 ￡ ￡ 它 明 显 小 于 １时 ， 明 受 到 干扰 噪 声 的 “ 染 ” 说 污 ，或 者 系统 具 有 非 线 性 特 性 。传 递 函 数 （ 响 函数 ） 幅 频 值 曲线 的 峰 值 或 其 虚 部 曲 线 的极 值 （ ｒ 厂）接 近 在 （
王 天 正
（ 西 电 力 科 学研 究 院 ， 山 西 太 原 山 ０ ００ ） ３ ０ １
摘 要 ：对 发 电机 定 子 绕 组 端部 固有 频 率 的 测 试 及 模 态试 验 分 析 作 了简要 的 介 绍 ，对 端 部 绕 组振 动
的 在 线 监 测 作 了 简要 分析 ， 同 时提 出 了一 些 个人 看 法 。 关 键 词 ：发 电机 ；绕 组 端 部 ； 固有 频 率 ； 测 试
２ １ 基本 原 理 ．
固 有 频 率 指 线 性 系 统 自 由振 动 的频 率 ，当 信 号
ｆ （）和 ｚ （）分 别 为 某 系统 的输 入 （ 励 ）和 输 出 ￡ ￡ 激
（ 应 ）信 号 时 ， 态 信 号 分析 仪 按 下 列 关 系求 得 系 响 动
统 的 传 递 函 数 （ 响 函 数 ） （ 和 相 干 系 数 频 Ｈ ｆ）
率谱 ；
Ｇ 厂）— — 输 出 （ 应 ）信 号 ｚ （）的 自功 （ 响 ￡
率谱 ；
的 影 响 ，将 受 到 二 倍 工 频 径 向交 变 力 的 作 用 。 由 于 端 部 线 棒 渐 开 线 形 状 不 规 整 ，许 多 垫 块 与 线 棒 间 只
发电机定子绕组端部模态振型分析
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
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。
汽轮发电机定子端部的固有频率测试
号、 ２号和 ３号 。
频率值／ Ｈ ｚ ； 响应 ￣ Ｌ ／ ｍｍ ・ Ｓ ・ Ｎ
３点 ９ 点
图１ 发 电机 定 子 端 部 引 线 编 号
测试 采 用 多 点激 振 单 点 拾振 法 ， 即在 测试 部 件 上选 一点 拾振 ， 并且 在 端部 的 压板 上 沿周 向布 置 １ ２ 个锤 击点 ， 测量 力信 号 和加速 度信 号 。把力 信号 、 响 应信 号输 入到 信号 分析 仪系 统 中进行模 态分 析 。
２ 评 定准 则
２ ０ １ ３ ． Ｎ ｏ ． ４
汽 轮 发 电 机 定 子 端 部 的 固有 频 率 测 试
试 验 与 检测
汽 轮 发 电机 定 子 端 部 的 固有 频 率 测试
刘 晶 石
（ 哈尔滨 大 电机研 究所 水力 发 电设备 国家重 点实验 室，黑 龙江 哈 尔滨 １ ５ ０ ０ ４ ０ ）
此 测 试 结 果 满 足 相 关 标 准要 求 。
表 ２ 端 部 固 有 频 率 和 振 型 测 试 结果
该 汽 轮发 电机定 子端 部 引线数 量 多 、 结 构复 杂 ，
表 ３ 端 部 引线 频 率值 和 响 应 比 值
引线 编号 如 图 １所 示 ， 其 中按 照端部 位 置分 为 ｌ点 、
必要。
激振 器 ： 美国 Ｐ Ｃ Ｂ公 司生产 的力锤 。
拾振器 ： 美国 Ｐ Ｃ Ｂ公司生产 的 ３ ０ ８ Ｂ加速度传
感器 。
分析 仪 ： Ｒ Ｔ Ｐ ｒ ｏ Ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｎ信号 分析 仪 。
汽轮发电机定子绕组端部模态测试与分析
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]。
发电厂电气专业监理工作技术小结 (1)
发电厂电气专业监理工作技术总结发电厂电气专业监理工作技术总结发电厂电气专业监理工作技术总结一、工程简介1、工程为2600m机组，均以发电机-变压器组单元接线方式接入电厂330kv母线，330kv升压站采用一个半断路器接线方式，330kvⅲ、ⅳ母线以联络开关与330kv一期的ⅰ、ⅱ母线相连，属户外配电布置，330kv本期出线2回，并在电厂330kv2回线路出线上各设1组330kv高压并联电抗器，采用单相油浸式，每台容量0kvar。
330kv断路器采用sf6瓷柱式断路器，额定电流4000a，开断电流50ka.330kv隔离开关采用三柱平开式，双断口，额定电流1600a，330kv组合电器采用五柱平开式；隔离开关—隔离开关—电流互感器组合和电流互感器—隔离开关—隔离开关—电流互感器组合方式。
330kv 电容式电压互感器采用油浸式，电流互感器采用sf6式。
本期的330kv线路、母线设备是通过一期原有的网络计算机监控系统（布置在1、4机集控室）来实现监控。
对新增的系统保护、故障录波器、安全自动装置、电能计量柜、网络监控柜是利用一期继电器室备用屏进行布置。
2、发电机与主变之间通过自冷全连式离相封闭母线连接，不设发电机出口断路器。
主变容量为3240mva。
本期两台发电机设一台有载调压分裂变压器作为启动备用变压器，电源来自330kv配电装置，经分裂变直接降压到10kv，变压器容量为7040-40mva。
启备变经二台断路器跨接在330kvⅲ、ⅳ母线上。
变压器高压侧中性点直接接地。
发电机中性点经二次侧接电阻的单相变压器接地（阻值0.398ω）。
发电机励磁方式为机端并励静态励磁。
主变三台单相变压器高压侧中性点连接到一起经隔离开关接地。
每台发电机出口装设三组三相pt、引出线各装设一组三相pt、两条330kv母线上各装设一组三相pt。
3、主要设备参数发电机：额定功率：600m，最大连续输出功率：658m,额定电压：22kv，额定电流：495a，os =0.9，冷却方式：水氢氢，d”:17.97%主变压器：额定容量：3240mva，变比：363 ±25%22kv，联结组别：n,d11，阻抗电压：14%启备变压器：额定容量：7040-40mva，变比：345±81.25%10.5-10.5kv,联结组别：0,0-0，阻抗电压：%厂高变压器：额定容量：6335-35mva，变比:22±25%10.5-10.5kv,联结组别：d,n1,n1,阻抗电压：15%厂高公用变：额定容量：3535mva,变比：22±25%10.2kv,联结组别：d,n1,阻抗电压：10.5%主厂房ups：容量：100kva，交流输入电压:三相四线 380v+10%～15%,交流输出电压：220v，切换＜4ms，事故供电30分钟4、厂用系统：每台发电机出口支接两台高压厂用变（一台工作变，一台公用变），厂用高压10kva、b段，分别接在厂高变低压侧的两个分裂绕组上，全厂公用负荷接在公用变低压侧所连接的10kv段上启动备用变压器可作为任一台变压器故障情况下的备用，满足一台机启动容量，同时满足两台厂高变的快速切换。
发电机定子绕组端部模态振型
发电机定子绕组端部模态振型
a、
b、
c、
d、
e、
f、
g、
h、
测量范围：a、定子绕组端部整体模态试验
b、定子绕组引出线和过渡引线固有频率测量
标准：a、定子绕组端部整体模态评定；1）已运行发电机定子绕组端部整体模态频率在94Hz～115,且振型为椭圆，应采取措施对绕组进行处理。
2)已运行发电机定子绕组端部整体模态频率在94Hz～115Hz,且振型不
是椭圆，应结合发电机历史情况综合分析；若绕组端部磨损严重或松动，
应及时处理并复测模态；若无明显变化，应加强监视，在具备条件时对
绕组端部进行处理。
b、定子绕组引出线和过渡引线固有频率评定；已运行发电机，个别
引出线和过渡引线固有频率在94Hz～115Hz范围内，应结合发电机
历史情况综合处理
c、相邻两次试验的结果对比；1）模态振型和固有频率有明显差异时，
应对绕组端部固定结构进行处理。
2)在频率响应函数的幅频特性曲线
上，94Hz～115Hz范围内的固有频率点，幅值有明显增大时，应加固处
理。
要求：a、定子绕组整体模态振型试验测点布置及数量要求；在汽侧和励侧绕组端部锥体内截面上，各取三个圆周（1，锥体距定子槽口部；2，锥
体中部；3，锥体距过渡接头处），每一圆周上的测点应沿圆周均匀布置
且数量不小于定子槽数（54槽）的一半
b、定子绕组引出线和过渡引线固有频率测点布置在定子绕组的引出
线和过渡引线的固定薄弱处布置测点。
试验步骤：
注意事项：a、进行测量时停止发电机定子上的一切工作。
b、使用测振锤时，力量要均匀一致。
大型汽轮发电机定子绕组端部模态分析
大型汽轮发电机定子绕组端部模态分析导语：介绍了大型汽轮发电机定子绕组端部模态分析的必要性和影响模态参数的因素，并结合事例对实际应用做了简要介绍。
引言大型汽轮发电机运行时，定子绕组端部的振动主要由两个因素引起：绕组电流与端部漏磁场的相互作用所产生的二倍频振动力；定子铁芯的椭圆振动。
定子端部固定元件在电磁力作用下的振幅与电流的平方成正比，故在大容量汽轮发电机中，端部绕组将承受相当大的激振力。
发电机定子端部绕组渐开线部分的不规则形状决定它不可能象槽中线棒那样牢靠固定，由于制造工艺等问题，许多垫块与线棒间只是点接触，不能形成刚体结构。
如果绕组端部在两倍工频电磁力激励下形成共振，端部绑扎结构和线棒绝缘很容易遭到破坏。
实践表明，由于定子绕组端部振动，引起相间短路、漏水、股线断裂等事故发生频繁，该类事故具有突发性和难于简单修复的特点，损失往往极为严重。
因此准确测量定子绕组端部的振动特性，预测发电机在实际工作状态下的振动特性，及早采取防范措施尤为重要。
应用模态分析手段，对发电机绕组端部整体结构进行振动特性分析是近年来发展起来的一种行之有效的方法。
对于模态振型为椭圆、振动频率在94～115 Hz范围内的端部结构进行必要处理，可以有效防止共振，避免定子绕组绝缘磨损和端部绑扎结构松垮。
JB/T89901999《大型汽轮发电机定子端部绕组模态试验分析和固有频率测量方法及评定》、DL/T 7352000《大型汽轮发电机定子绕组端部动态特性的测量及评定》、国家电力公司《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》都对发电机定子绕组端部的振动特性分析做出了具体要求。
模态分析原理简述模态分析是机械结构振动特性分析的有效手段，它通过分析结构的动特性建立结构在已知激励条件下的响应预测模型，进而预测结构在实际工作状态下的动力学特性。
通常的做法就是通过试验方法得到机械结构在冲击h（t）下的响应H（ω），构造出机械结构动特性的频响函数矩阵，然后通过曲线拟合手段识别结构的模态参数：模态频率、模态阻尼及模态振型。
发电机定子绕组端部机械振动模态的测量
发电机定子绕组端部机械振动模态的测量1发电机定子绕组端部结构及所受电磁力发电机绕组端部的结构设计随着发电机冷却方式以及制造厂的不同而有所不同，其固定方法基本上可分为绑线式、压板式、绑线和压板相结合式等。
由于汽轮发电机的定子绕组端部处在复杂的端部漏磁场中，而且结构上类似于悬臂梁，不易固定得像槽内线棒那样牢靠，因此无论是在正常运行状态还是在系统发生故障时，端部绕组尤其线棒鼻端处振动最大，绝缘容易受伤，特别是槽口绝缘可能出现击穿和接地现象。
因此，各制造厂很重视端部结构设计，以防止发电机因绕组端部振动过大造成绝缘损伤而引起突发的相间短路或对地短路事故。
实践表明，发电机大量的事故源于其端部绕组的振动，如澳大利亚新南威尔士某发电厂安装了4台相同型号的500mw汽轮发电机，其中3台于1981年的8个月里都发生了汽侧定子绕组端部磨损引发的短路事故，剩下的1台运行到1982年不得不更换了整个定子。
再如，石横电厂某300mw全氢冷发电机，是上海电机厂引进西屋公司制造技术的第一台产品，由于定子绕组端部固定结构不合理，接连两次发生定子绕组端部短路事故。
可以通过有限元方法计算端部复杂的漏磁场，进而算出在稳态运行和系统发生故障时端部绕组各点的受力情况。
各点受力可用下式表达：=f0+f2cos（2et+以一台1000mva汽轮发电机为例，图1、2、3给出了额定运行时（满负荷、功率因数0.95）端部绕组上、下层线棒出槽口处三个不同时刻沿周向的径向受力分布情况。
.tfi图1f时■上、F层絃*出槽口处轻向受力沿周向分布情軌图1中®t=0°时，ia=0，a相相带绕组线棒各点受力为0。
因为磁密沿周向近似正弦分布,b、c相受力沿相带也近似正弦分布。
由于n 维线性系统响应｛x ｝可用下式计算: 图2中血=30。
时，上、下层线棒受力沿周向近似椭圆分布，两椭圆主轴基本垂直。
图3中rot =60°时，ic =O ,c 相相带绕组线棒各点受力为0。
大型汽轮发电机定子绕组端部动态特性试验及振动测量讲义
1 概述随着发电机单机容量的增加，定子绕组端部受到的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。
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，而引起绑绳、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。
1.1 试验目的对发电机定子绕组端部动态特性试验而言，主要包括：发电机定子绕组端部整体模态试验、定子绕组鼻端接头固有频率测量、定子绕组引出线和过渡引线固有频率测量，以检测是否避开二倍频电磁共振；测量发电机定子绕组端部及其支承结构的振动，考核发电机振动保证值指标。
1.2 相关标准和规范（1）《大型汽轮发电机定子绕组端部动态特性的测量与评定》（DL/T735-2000）（2）《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》（GB/T20140－2006）（3）供货合同中：性能保证和试验。
（4）以往标准：DL/T596-1996电力设备预防性试验规程、JB/T8990-1999大型汽轮发电机定子端部绕组模态试验分析和固有频率测量方法及评定。
1.3 相关术语1.3.1 模态试验为确定系统模态参数所做的振动试验，通常先由激励和响应关系得出频率响应矩阵，再由曲线拟和等方法识别出各阶模态参数。
1.3.2 频响函数（频率响应函数、传递函数）对瞬态激励而言，输出的傅立叶变换与输入的傅立叶变换之比。
1.3.3 相干函数1()x t和2()x t的互谱的绝对值的平方与各自的自谱的乘积之比。
1.3.4 模态参数模态的特征参数，即振动系统的各阶固有频率、振型、模态质量、模态刚度与模态阻尼。
1.3.5 固有频率由系统本身的质量和刚度所决定的频率，n 自由度系统一般有n 个固有频率，按大小次序排列，最低的为第一阶固有频率等。
1.3.6 振型机械系统的某一给定振动模态的振型是指由中性面（或中性轴）上的点偏离其平衡位置的最大位移值所描述的图形。
大型汽轮发电机定子绕组端部模态仿真与试验研究
大型汽轮发电机定子绕组端部模态仿真与试验研究黄伟;孙首群【摘要】Large turbo-generators may suffer electromagnetic forces from the winding ends. When the frequency of the electromagnetic force or twice of operation frequency is close to the inherent frequency of the stator’s end, large vibration will occur which can cause potential risk. So, study on the end winding vibration of the large turbo-generator is important. In this pa-per, a 3D finite element model of the simplified end winding was established. The modal analysis was done and the first two or-der vibration modes were obtained. Then, the modals of the end winding were tested, and the result was compared with that of the simulation. Their difference was found to be allowable. The correctness of this simulation was verified. This work may pro-vide a basis for design and safe operation of turbo-generators.%大型汽轮发电机运行时会受到端部电磁力的作用，当电磁力的频率或者二倍工频与定子绕组端部的固有频率接近时，容易发生较大的振动，产生安全隐患，故需要对定子绕组端部振动情况进行研究。
发电机定子绕组端部振型模态试验
发电机定子绕组端部振型模态试验
发电机定子绕组的端部振型模态试验是一种非常重要的试验方法，可
以用来评估发电机定子绕组的性能，发现并分析定子绕组的振动问题。
在目前的电力行业中，发电机是最核心的设备之一，对于保证电网的
稳定运行具有至关重要的意义。
因此，发电机的质量和性能也直接关
系到电网的运行效率和安全、稳定性。
这种试验方法的基本原理是利用加速度传感器来检测定子绕组的加速
度分布，进而获取定子绕组的振型，同时利用相同的检测方法分析定
子绕组振动产生的产生的频率和振幅变化，来判断定子绕组的振动性
能是否良好。
同时，在试验中，需要通过控制不同的参数来模拟不同
的工作情况，测试定子绕组在不同情况下的振动性能，并提出改进措施，以提高定子绕组的振动性能和稳定性。
为了保证试验结果的准确性和可靠性，需要采取一些必要的措施来保
证试验的精度和可重复性。
例如，需要选择高灵敏度的传感器来检测
振动信号，并对传感器进行校准，以保证进行试验前的数据准确性和
可重复性。
同时，在试验过程中，需要进行多次测试并进行数据处理
和分析，以提高测试结果的可信度和可靠性，确保试验结果能够真正
反映发电机定子绕组的振动情况。
总之，发电机定子绕组的端部振型模态试验是一项非常重要的试验方法，可以有效地评估发电机定子绕组的性能，发现并分析定子绕组的振动问题。
在实践中，需要根据具体的需求，采取一系列有效的措施来确保试验结果的准确性和可靠性，达到提高发电机性能的目的。
基于ANSYS的汽轮发电机定子端部绕组模态分析
下层线圈连成一 体的连接 结构 。图 １ 是 某汽轮 发 电机 定子端
部 绕组 的物 理 模 型 。
２ ＿ ２ 基于 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ的 实测 结 果 和 试 验 结 果 的 比较 图 ４显示 的是 采 用 试 验 法 （ 锤击法 ） 测 量 得 到 的 汽 轮 发 电
本文利用 Ｐ Ｒ Ｏ／ Ｅ建立某大型汽轮发 电机定子端 部绕组的 物理模型 ， 将模型导入到 Ａ ＮＳ Ｙ ｓ中后划分网格 ， 建立精密的有
限元 模 型 ， 在此 基 础 上 ， 对 定 子 端 部 绕 组 的 模 态 进 行 了数 值 模
拟， 并与试 验结果对 比， 基本 吻合 ， 为该 定子端部结构 的进一步
霎 主 坌 堑 ｓ ｎ ｅ ｊ ・ ｖ ｕ Ｆ ｅ ｎ ×
基 于 ＡＮＳ ＹＳ的汽 轮 发 电机 定子 端 部 绕 组模 态 分析
吴 疆 王会 桥。
（ １ ． 华北 电力大 学 （ 保定 ） 机 械工程 系 ， 河 北 保定 ０ ７ １ ０ ０ ３ ； ２ ． 山东 电力集 团公 司菏泽 供 电公司 ， 山东 菏 泽 ２ ７ ４ ０ ０ ０ ） 摘 要： 针对 某大 型汽轮 发 电机 定子 端部绕 组 ， 利用 Ｐ Ｒ Ｏ ／ Ｅ建立 复杂结 构 的物理模 型 ， 将建 立好 的模 型 导人 到 ＡＮ Ｓ Ｙ Ｓ中 ， 建 立数 值
质量不平衡 、 转轴不 对称 、 联轴器松 动、 结 构刚度 不足 、 结构共
振、 冷却通道阻塞 、 叶轮松动等 ， 其 中几种常见 的故障发生率 占
了总 数 的 ９ ５ 以上 ， 而 这 里 面 又 以汽 轮 发 电 机 结 构共 振 引 起 的 事故最为显著。 众所周知， 汽 轮 发 电机 在 稳 态 运 行 过 程 中会 受 到 电磁 力 的
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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。
1.5测量系统
1.5.1发电机定子绕组端部振动特性测量系统通常由测试对象（发电机定子绕
组端部）、激励环节（冲击力锤）、测量环节（力传感器、加速度传感器、电荷
放大器、信号采集器）、分析环节和检测环节（动态信号分析仪和模态分析软件）构成。
系统构成见图1。
图1：发电机定子绕组端部振动特性测量系统示意图
1.5.2测量系统及连接的要求
模态测量系统连接引线、屏蔽和接地必须十分仔细，否则可能有很大的干扰
信号造成相干函数值较小，数据的可信度降低。
在模态试验中频响函数的相位信息很重要，为避免测量系统的相移带来大的
误差，所采用的传感器、电荷放大器及分析仪的工作频率范围应在1 Hz～2 kHz
范围内。
1.6 测量方法
目前通常采用的激振方式是锤击法，锤击法属宽频带瞬态激振，在线棒上的
冲击激励作用时间短，输入能量少，激励信号和响应信噪比一般都比较低，测量
可以采用一点激振多点响应或多点激振一点响应方法。
1.7测试
用力锤锤击固定有加速度传感器的线棒，频谱分析仪上显示出两条曲线，即
频响函数曲线和相干函数曲线，相干函数接近于1的频响函数曲线的峰值处就是
该线棒的固有频率。
用锤击法分别对励侧和汽侧端部每一绕组进行测试，取得其固有频率。
用锤击法分别对励侧和汽侧进行测量，分别取得其频响函数
应变换几次激振点或拾振点的位置，检查是否有遗漏的模态。
三、定子绕组端部振动测量信号分析与处理
1.频响函数的计算
如果仅在输出端含有噪声，如图2所示，测得的响应为：
式中：X（ω）——测得的加速度信号的傅氏谱；
H（ω）——系统的加速度频响函数；
F（ω）——激振力的傅氏谱；
N（ω）——输出端噪声的傅氏谱。
图2：输出端噪声的模型
对m次测量，最佳频响函数的估计值为：
在线性系统的假设下，若无噪声的影响，COH（ω）＝1；如果输出端有噪声，取适当的平均次数m可以令（ω）逼近真值H（ω），COH（ω）逼近1。
如果输入端也有噪声，如图3所示，不论进行多少次平均也不能测到真实的
频响函数，但可以用相干函数值评价噪声对频响函数的影响。
COH（ω）＝1表示
响应完全是由激励引起的，一般COH（ω）＞0.9表明数据可以采信，值越小，表
明信噪比越差。
图3：输入端噪声的模型
如果系统线性度差，例如，测量对象的某个联接处存在松动（如忘记拧紧螺母）等非线性情况，也会在相干函数中表现出来，线性度越差，相干函数值越小。
图5是敲击某线棒的力脉冲信号及其响应的时间波形和频谱分析，图6是
对应的加速度机械导纳曲线（幅频和相频曲线）以及相干函数。
2.模态参数的识别
发电机绕组端部振动的模态参数识别通常用数值迭代法。
首先，整体拟合发
电机绕组端部的振动模态，即将所有测点的频响特性曲线进行平均，得到一条集
总平均曲线。
在该曲线上选取固有频率和阻尼的初始估计值，应用最小二乘法
（即使频响函数的实测值与理论值之间的总方差最小，求取其它参数，通过偏差
控制，逐步改进固有频率和阻尼值，经多次迭代满足收敛条件后，得到了逼近实
际系统的数学模型。
四、模态分析结果的判定
1.通过定子绕组端部模态分析可以得到端部的固有振动特性（固有频率、阻尼、振型），要正确评判发电机的端部振动特性还必须考虑绕组是否通水，通水
温度、绝缘老化及端部引线结构等因素对模态参数的影响。
2.线棒温度对端部模态的影响
发电机运行中铁芯、线棒的温度高于环境温度，并随负荷的变化改变。
线棒
的绝缘、绑绳以及各种适型材料受热后导致端部整体刚度
降低，模态频率呈下降趋势，阻尼会有所上升。
阻尼的上升会减小实际振动
的振幅，模态频率下降一般在5～10 Hz左右。
3.内冷水对端部模态的影响
绕组通入内冷水，增加了端部结构的等效质量，也会造成模态频率的下降，
影响在1～3 Hz左右。
4.绝缘老化对端部模态的影响
运行多年的发电机线棒绝缘、绑绳、槽内紧固件因振动磨损、老化等原因，
各部件之间的连接紧度会有所降低，机械强度、弹性也逐年下降，模态刚度和阻
尼下降，因而端部模态频率随发电机的运行年限呈下降趋势，但振动振幅有增大
趋势，在大修中应检查这些变化。
5.引线对端部模态的影响
发电机定子绕组的6根引出线在励侧，汽侧绕组在结构上是轴对称的。
励侧
由于引线的存在，固定结构比汽侧复杂，过渡引线一般呈半圆形固定在绝缘支架
的背部，它无形中起到加强整个端部固定支撑的作用。
定子绕组端部振动磨损严
重或因磨损发生事故的多在汽侧，这是由两侧的固有振动特性决定的。
评估发电机定子绕组端部的振动特性，应根据试验得到的模态频率、振型以
及阻尼，并综合考虑以上各因素，预测发电机端部在实际运行中的振动响应。
五、发电机端部振动的预防措施
1.提高振动阻尼
通过模态分析等手段获得发电机定子绕组端部的振动特性后，必须根据测试
结果采取相应的措施。
在明显绝缘磨损、绑绳或压板松动等情况的发电机应引起
高度重视，大修中必须对绑扎固定结构进行重新绑扎加固处理，以提高振动阻尼，降低振动的振幅，减小振动强度。
2.加强在线监测
对于端部结构确实存在100 Hz左右椭圆振型，虽进行处理，但模态参数仍不
见较大改变的情况，除在运行中加强监视外，建议安装发电机定子绕组端部振动
在线监测装置，以便实现早期故障报警。
采取措施避免严重相间和相对地短路事
故的发生。