田灣核電站發(fā)電機(jī)定子端部引線振動(dòng)的緩解

周正平

(江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042)

汽輪發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，定子將受到轉(zhuǎn)子磁拉力作用，產(chǎn)生兩倍系統(tǒng)頻率的交變力而形成強(qiáng)迫振動(dòng)。對(duì)于全速汽輪發(fā)電機(jī)組，其所受的交變力為100 Hz，倘若發(fā)電機(jī)定子橢圓模態(tài)或引線的固有頻率等于或接近100 Hz，就可能發(fā)生共振，即產(chǎn)生很大的振動(dòng)，影響機(jī)組的正常運(yùn)行，甚至發(fā)生事故。隨著發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的增大，定子繞組的電路增大，線棒及端部繞組所受的交變力也將隨之增大，若發(fā)電機(jī)端部設(shè)計(jì)不合理，則共振問(wèn)題更加突出[1][2]。

由于端部設(shè)計(jì)不合理造成發(fā)電機(jī)定子端部振動(dòng)大，在機(jī)組檢修期間很難能從根本上進(jìn)行解決，僅能進(jìn)行局部改善，另外需要機(jī)組停機(jī)才能進(jìn)行處理。為降低引線振動(dòng)，避免停機(jī)，本文總結(jié)了機(jī)組功率運(yùn)行期間發(fā)電機(jī)端部引線振動(dòng)緩解的試驗(yàn)和結(jié)論。

1 田灣核電站一期工程發(fā)電機(jī)的缺陷及振動(dòng)監(jiān)測(cè)

田灣核電站一期工程發(fā)電機(jī)是由俄羅斯電力聯(lián)合制造廠生產(chǎn)的TBB-1000-2у3型三相同步汽輪發(fā)電機(jī)，有功功率為1060 MW，其轉(zhuǎn)子繞組和定子鐵芯采用氫氣冷卻，定子繞組采用水冷，勵(lì)磁系統(tǒng)采用無(wú)刷勵(lì)磁。

根據(jù)發(fā)電機(jī)端部歷次大修期間的檢查情況，以及國(guó)內(nèi)發(fā)電機(jī)制造廠及科研單位的分析，發(fā)電機(jī)端部繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上存在著薄弱環(huán)節(jié)。在發(fā)電機(jī)正常功率運(yùn)行期間，發(fā)電機(jī)端部引線存在振動(dòng)大缺陷，多次導(dǎo)致發(fā)電機(jī)端部引線出現(xiàn)裂紋、軟連接斷裂，從而引起機(jī)組停機(jī)進(jìn)行小修[3]。

為掌握運(yùn)行期間發(fā)電機(jī)端部引線的振動(dòng)狀態(tài)，根據(jù)歷史缺陷信號(hào)和檢查結(jié)果和測(cè)量的固有頻率，獲取了發(fā)電機(jī)端部引線結(jié)構(gòu)的薄弱部位，并在薄弱部位安裝了振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器，增加發(fā)電機(jī)端部引線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其監(jiān)測(cè)主界面如圖1所示：

圖1 田灣核電站發(fā)電機(jī)定子端部振動(dòng)監(jiān)測(cè)主界面Fig.1 The generator stator vibration monitoring interface of Tianwan NPP

機(jī)組功率運(yùn)行期間，根據(jù)發(fā)電機(jī)端部引線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)2號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)C6出線的振動(dòng)值最大，均值達(dá)到600 μm左右。

為此，機(jī)組運(yùn)行期間開(kāi)展了2號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)C6引線振動(dòng)的緩解工作，在發(fā)電機(jī)正常功率運(yùn)行期間(維持有功功率不變)，通過(guò)工藝參數(shù)的綜合控制，來(lái)緩解發(fā)電機(jī)端部C6引線的振動(dòng)狀態(tài)，避免端部引線出現(xiàn)疲勞裂紋或斷裂等故障。

2 試驗(yàn)準(zhǔn)備和過(guò)程

在機(jī)組功率過(guò)程運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整發(fā)電機(jī)的工藝參數(shù)來(lái)緩解端部引線振動(dòng)，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)槿魠?shù)調(diào)整不當(dāng)，工藝參數(shù)突變，則可能導(dǎo)致聯(lián)鎖保護(hù)導(dǎo)致機(jī)組跳機(jī)；同時(shí)若調(diào)整不合理，端部引線振動(dòng)有可能增大，導(dǎo)致端部引線出現(xiàn)故障，這對(duì)于振動(dòng)大的端部引線尤為重要。

為保證工藝參數(shù)調(diào)整后的效果，工藝參數(shù)調(diào)整前，開(kāi)展了一系列相關(guān)分析工作，包括：

1)在機(jī)組運(yùn)行期間觀察發(fā)電機(jī)端部C6引線振動(dòng)和相關(guān)運(yùn)行參數(shù)變化間的關(guān)系，采集數(shù)據(jù)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，初步判斷影響發(fā)電機(jī)端部引線振動(dòng)的相關(guān)因素；

2)根據(jù)判斷影響發(fā)電機(jī)端部C6引線振動(dòng)的相關(guān)因素的結(jié)果，制定相應(yīng)的運(yùn)行控制方案，并編制現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)操作單。

根據(jù)發(fā)電機(jī)端部引線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，初步篩選出影響C6引線振動(dòng)的影響因素，包括無(wú)功功率、發(fā)電機(jī)膛內(nèi)氫氣溫度、發(fā)電機(jī)定子冷卻水溫度。

根據(jù)作業(yè)操作單，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行相關(guān)工藝參數(shù)的運(yùn)行控制，驗(yàn)證工藝參數(shù)變化過(guò)程中端部引線的振動(dòng)變化。田灣核電站依據(jù)制定的操作單，于2012年6月至2013年3月對(duì)2號(hào)發(fā)電機(jī)端部C6引線振動(dòng)實(shí)施了緩解控制，具體包括：

1)進(jìn)行了5次發(fā)電機(jī)定子冷卻水溫度的調(diào)整；

2)進(jìn)行了5次發(fā)電機(jī)膛內(nèi)熱氫溫度的調(diào)整；

3)進(jìn)行了1次無(wú)功功率的調(diào)整。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 發(fā)電機(jī)端部C6引線和定子冷卻水溫度的關(guān)系

在機(jī)組功率運(yùn)行期間，通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)換熱器的冷源閥門開(kāi)度，從而控制發(fā)電機(jī)定子冷卻水的入口溫度，觀察發(fā)電機(jī)端部C6引線振動(dòng)值變化。共進(jìn)行了5次發(fā)電機(jī)定子冷卻水溫度調(diào)整試驗(yàn)，其中一次調(diào)整過(guò)程中冷卻水溫度和C6引線振動(dòng)值的關(guān)系曲線如圖2：

圖2 升高定冷水溫度期間C6引線振動(dòng)變化趨勢(shì)Fig.2 The vibration change trend of C6 wire when the cooling water temperature rises

通過(guò)多次發(fā)電機(jī)定子冷卻水溫度調(diào)整試驗(yàn)，得出如下關(guān)系：

提高發(fā)電機(jī)定子冷卻水溫度，發(fā)電機(jī)端部C6引線振動(dòng)值下降，且提高發(fā)電機(jī)定子冷卻水溫度1度，C6引線振動(dòng)下降5～7 μm左右。

3.2 發(fā)電機(jī)端部C6引線和發(fā)電機(jī)膛內(nèi)熱氫溫度的關(guān)系

機(jī)組功率運(yùn)行期間，通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)氫氣冷卻器入口冷卻水閥門的開(kāi)度，控制冷卻水流量，從而控制發(fā)電機(jī)膛內(nèi)熱氫的溫度，觀察發(fā)電機(jī)端部C6引線振動(dòng)值變化。共進(jìn)行了5次發(fā)電機(jī)膛內(nèi)熱氫氣溫度的調(diào)整試驗(yàn)，其中一次調(diào)整過(guò)程中發(fā)電機(jī)膛內(nèi)熱氫溫度和C6引線振動(dòng)值的關(guān)系曲線如圖3：

圖3 氫冷器流量調(diào)整前后C6振動(dòng)變化情況Fig.3 C6 vibration changes duringadjustment of the hydrogen cooler flow

通過(guò)多次發(fā)電機(jī)膛內(nèi)熱氫氣溫度的調(diào)整試驗(yàn)，得出如下關(guān)系：

提高發(fā)電機(jī)膛內(nèi)熱氫溫度，發(fā)電機(jī)端部C6引線振動(dòng)值下降，且提高發(fā)電機(jī)膛內(nèi)熱氫溫度1 ℃，C6引線振動(dòng)下降15～18 μm左右。

3.3 發(fā)電機(jī)端部C6引線和無(wú)功功率的關(guān)系

機(jī)組功率運(yùn)行期間，在允許的范圍內(nèi)，通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)無(wú)功功率，觀察發(fā)電機(jī)端部C6引線振動(dòng)值變化。共進(jìn)行了1次發(fā)電機(jī)無(wú)功功率的調(diào)整試驗(yàn)，調(diào)整過(guò)程中無(wú)功功率和C6引線振動(dòng)值的關(guān)系曲線如圖4。

圖4 調(diào)整前后無(wú)功功率和C6引線振動(dòng)趨勢(shì)圖Fig.4 C6 vibration changes during reactive power adjustment

從圖4可以看出，無(wú)功功率和C6引線的振動(dòng)趨勢(shì)一致，具體為：降低發(fā)電機(jī)無(wú)功功率，發(fā)電機(jī)端部C6引線振動(dòng)值下降，且降低發(fā)電機(jī)無(wú)功功率10 MV，C6引線振動(dòng)下降6 μm左右。

3.4 試驗(yàn)結(jié)果的應(yīng)用

在機(jī)組滿功率運(yùn)行期間，根據(jù)多次試驗(yàn)結(jié)果的實(shí)施，得出了相關(guān)工藝參數(shù)和C6引線振動(dòng)值的關(guān)系。為控制發(fā)電機(jī)C6引線的振動(dòng)值，根據(jù)以上結(jié)論，在機(jī)組功率運(yùn)行過(guò)程中對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，具體包括：

1)手動(dòng)控制無(wú)功功率在允許的最低值；

2)在保證發(fā)電機(jī)定子繞組、鐵芯溫度要求下，提高發(fā)電機(jī)膛內(nèi)熱氫溫度；

3)在保證發(fā)電機(jī)定子線棒出水溫度的要求下，提高發(fā)電機(jī)定子冷卻水溫度。

4 結(jié)論

針對(duì)俄供發(fā)電機(jī)端部引線振動(dòng)缺陷，開(kāi)展了端部引線振動(dòng)監(jiān)測(cè)和緩解的研究工作，提出了整個(gè)工作過(guò)程中的工作流程，統(tǒng)計(jì)出影響發(fā)電機(jī)端部引線振動(dòng)的相關(guān)工藝參數(shù)，并在運(yùn)行機(jī)組上進(jìn)行了實(shí)施驗(yàn)證，得出了不同工藝參數(shù)變化后對(duì)端部引線振動(dòng)的影響程度。

今后在面對(duì)發(fā)電機(jī)端部引線振動(dòng)缺陷后，可依據(jù)該試驗(yàn)的相關(guān)成果，在維持發(fā)電機(jī)有功功率不變的情況下，通過(guò)工藝參數(shù)的調(diào)整，來(lái)緩解端部引線的振動(dòng)狀態(tài)，從而保障機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，創(chuàng)造相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益。