摘要：工业生产中所应用到的抽水蓄能发电机容量较大，实际运行时转速也很高，很容易发生运行故障。为了避免水轮发电机运行故障的发生，需要在水轮发电机结构设计上做出相应的改进。考虑到转子结构的设计质量是影响水轮发电机发生故障的重要原因，所以在设计时一定要做好严格的发电机转子结构设计，切实提高水轮机转子结构的强度和刚度。以某蓄能水电站为例，本文对抽水蓄能水轮发电机转子结构设计进行了分析，并对比了多种不同方式的转子结构设计，得出相关结论，以供同行参考。
关键词：抽水蓄能；水轮发电机；检修工艺
抽水蓄能水轮发电机转子结构的强度与刚度决定了水轮机运行的稳定性。一般情况下，为了满足水轮发电机大容量、高转速的运行要求，在设计发电机转子结构时会将转子结构中的磁轭和转抽设为一体，材料采用强度比较高的锻钢，将磁极结构设置为向心磁极结构，以便消除转子离心力对线圈的影响。这种结构形式能起到一定保障作用，但是设计相对复杂，在加上设计成本较高，所以实践时还需慎用。下面，笔者以两种容量相同、极数对也相同的水轮机转子结构为例，对二者进行对比研究，详细结论如下。
1、抽水蓄能水轮发电机转子结构设计概况
1.1水轮发电机转子结构设计的作用 在探讨抽水蓄能水轮发电机转子结构的设计之前，我们先对抽水蓄能水轮发电机会转子结构作用进行分析。从功能作用上来看，水轮发电机本身在电力系统中起调缝调相的作用，对电力系统的安全、稳定运行起着重要的保障、控制作用。而发电机中的转子结构则主要负责推动水轮运转，实现发电。如果水轮发电机的转子结构设计不当，水轮发电质量也会随之受到影响，甚至导致发电无法完成。所以说在抽水蓄能水轮发电机运行中，做好转子结构设计，充分保障转轴的稳定运行对水轮发电是极有意义的。
1.2传统方案和与新方案的比较 在传统的设计方案中，设计人员在设计水轮发电机电子结构时大多采用向心磁极方案，即将结构中的转子磁轭与转轴连为一体，实现转轴转动，结构运行的目的。但在实践应用中，由于这种设计方案比较耗费成本，且设计工艺又相对比较复杂，所以并没有得到普遍的应用。后来，随着国内设计事业的不断进步，人们开始对水轮发电机转子结构进行重新设计，本着降本增效的原则大幅度降低转子结构的设计难度，简化了原先的设计方法，通过技术改进这一方式成功降低了设计成本。
2、两种发电机转子结构介绍
2.1 A市蓄能电站水轮发电机转子结构 A市蓄能电站所使用的水轮发电机转子结构在设计时采用了分段轴结构，用多个圆环锻钢筋构件来组成转子磁轭，将线圈外圈从螺杆中穿心而过，与径向键紧紧固定在一起。线圈内部内圈中的穿心螺杆则与键、转轴顶轴以及主轴固定在一起，不设计转子支架，磁轭表面牢牢固定住磁极及T尾相关键；另外，对于磁极线圈材料的选择上，通常采用普通型的平线圈，必要时候会在线圈外部添加磁极围带作支撑，防止转子结构运转时所产生的离心力切向分量对线圈质量造成损坏。下图1是A市蓄能电站水轮发电机的转子结构设计示意图。
2.2 B市蓄能电站转子结构设计分析 采用分段轴结构，顶轴与转子支架一体，与主轴靠螺拴及径向销紧固。顶轴部分为锻件，转子支架分上下两部分铸件，三件焊接为一体；磁轭为叠片磁轭加穿心螺杆结构，通过复合键固定于转子支架；磁极通过T尾及相关键固定于磁轭；磁极采用改进型向心线圈，大幅降低了工艺难度。
3、某抽水蓄能厂水轮发电机组状态监测分析系统结构
3.1 监测分析系统结构
某抽水蓄能厂水轮发电机组状态监测分析系统的主体采用的是北京奥技异电气技术研制的PSTA2003系统平台。这个系统已网络平台、运行中心分析局域网、电厂局域网、广域网作为基础。在通讯协议上选择的是IP/TCP通信协议。系统基础组成部分是上位机系统和下位机系统。上位机的核心软件是Hsmart服务器客户端，下位机的核心软件是PSTMonitor现地监测程序。
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3.2 单元作用
某抽水蓄能厂水轮发电机组状态监测分析系统的单元作用可以从两个方面分析，一个方面是上位机系统，另一个方面是下位机系统。
上位机单元主要包括状态、数据服务器、应用服务器、工程师工作站、网络设备、打印设备等单元。
其中，数据服务器的功能主要是存储下位机采集和处理过的电气信号；WEB/运用服务器的主要功能是负责发布数据服务器中的数据；工程师站的主要作用是监测画面和自动报表编辑程序。
下位机系统主要包括现地单元柜、现地信号采集预处理单元、信号传感器等模块。
其中信号采集和预处理单元的主要功能是保证采集数据的准确和完善；电源模块的作用是将从220 V直流馈电盘和220 V逆变电源盘的电源送到交直流双供逆变单元模块；共享器的功能主要是实现鼠标、键盘、液晶显示屏和各种信号预处理单元的信号链接交换；传感器的功能主要是监测机组轴承和轴心轨迹。
4、机组状态监测点
4.1 摆度（x、y水平）监测点
摆度（x、y水平）监测点主要用于监测发电机组上导、水导、推力轴承的状态。以摆度（x、y水平）监测点的监测结果为依据，监测人员可以测出各轴承的轴心轨迹，从而可以在机组的工作工程中对机组进行分析，找出机组中出现的故障问题和轴承的缺陷。在某抽水蓄能厂水轮发电机组中存在的轴承缺陷主要有轴承间隙过大或者过小、轴承不对中等。在监测分析系统中，工作人员可以通过监测推力轴承，观察轴承的受力情况和镜板的波浪度，从而对轴承的运行状况有一个直观的认识。
4.2 轴向振动监测点
通过监测分析系统对轴向振动进行监测分析。工作人员可以得出机组在运行的过程中因为水力和负荷情况引起的抬机量、镜板的波浪度、油膜厚度等方面的情况。工作人员以监测的结果为依据可以分析出推力轴承的镜板光滑度和负荷分布情况，还可以分析出主轴的轴向位移量。如果机组运行中出现轴承故障，工作人员还可以通过轴向振动监测点及时的分析故障的情况，为解决故障做好准备。
5、某抽水蓄能厂水轮发电机组状态监测分析系统的 监测的作用
某抽水蓄能厂水轮发电机组状态监测分析系统对厂中的机组水轮机的部分过流部件、三大轴承、上下机架、定子和主轴的振动和摆渡进行了监测。通过用科学的手段对监测的结果进行分析处理在系统中生成了结构布置、空间轴线、水导状态、法兰摆渡、主轴状态等监测页面。同时通过系统提供的功率谱分析、阶次比分析、波形曲线、空间轴线、轨迹分析、多轨迹分析、数值表分析等分析方法，可以对机组的轴形曲线、振动频率、振动幅度的变化规律和故障的方位有了清晰的认识。为电厂对水轮机的缺陷、故障的分析、判断的预防提供了科学的依据。使电厂在运行的过程中能够及时的优化机组的运行环境，对机组进行科学的检修。避免因为机组的振动和摆度给电厂的运行造成重大的影响。
6、结 语
水轮发电机组状态监测分析系统的运行和实践对某抽水蓄能电厂的运行和发展具有重要的意义，它能够保证机组的振动能够在合理的振动区域进行，还能够对抽水蓄电机组的振动进行科学的分析，使工作人员能够及时发现机组运行过程总的隐患和缺陷，制定科学的方法解决隐患和缺陷。
参考文献：
[1] 朱莹，吴玉林，樊玉林.水轮发电机组状态监测分析系统在十三陵抽 水蓄能电厂的应用[J].大电机技术，2009（01）
[2] 秦磊.水轮发电机组状态监测分析系统在抽水蓄能电厂的应用[J].机 电一体化，2014（2）
[3] 刘玉斌.林凯.惠州抽水蓄能机组振动在线监测系统[J].水利发电，2010（9）
论文作者:宗树冬
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/13
标签：转子论文; 水轮发电机论文; 机组论文; 结构论文; 水轮论文; 系统论文; 磁极论文; 《电力设备》2017年第31期论文;