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摘要：由汽轮发电机转子常见故障入手，分析了常见故障的机理成因，故障造成的危害，在此基础上提出了偏心故障的诊断方法，不对称冷却的预防措施和不对称摩擦的诊断方法，为发电子转子日常维护提供了理论依据。
关键词：偏心；不对称；摩擦力
1导致转子发生故障的因素
1.1冷却系统故障
对于氢内冷发电机，通风孔是转子热交换的主要风路通道，通风孔变形、杂物堵塞等会引起通风孔通流面积减小，这将破坏冷却的对称性，使转子横截面的温度不对称，进而引起热弯曲。该故障的特点是：随着氢温的升高，发电机转子的冷却效果会变差，但转子不对称冷却程度就相对减小，最终导致热不平衡振动减小。为此，进行了变氢温试验，试验中发现 7，8号轴承振动与氢温变化的相关性不大。
1.2转子线圈膨胀受阻
发电机的磁场由转子绕组的励磁电流建立，励磁电流通过绕组并加热线圈，线圈受热后向两端膨胀。如果这种膨胀不受约束，并不会在转子上产生内应力，而在旋转过程中线槽中的铜线承受巨大离心力，使线圈紧贴在槽楔和护环的内壁，导致结合面存在很大的摩擦力，阻碍线圈膨胀；如果有些线槽中的线圈完全膨胀出来，膨胀受阻的线圈将产生一个反作用力，通过槽楔和护环作用在转子上，使转子弯曲。
该故障的特点是：线圈膨胀量随着转子电流增大而加大，这类振动总体上与电流大小有关。但由于存在一定的摩擦力，线圈受热膨胀及冷却收缩均会受阻，2 者都可以引起转子的弯曲。所以当转子电流增加后振动上升，但电流恢复到初始状态时，振动不会完全恢复，往往更高。另外，经过一段时间的运行后， 这类故障随着线圈多次膨胀、 收缩后，会慢慢消失。
1.3转子绕组匝间短路
因发电机短路，定子膛内被污染，未被彻底清理的污染物可能会进入转子通风槽或其他部位，引起匝间短路。通过以下试验，并与转子修后返回的交接试验进行比对验证，结果如下：空载特性曲线与交接试验曲线符合性好；转子直阻与出厂值比较在合格范围内，且较出厂值略大；转子绕组静态交流阻抗试验数据正常； 动态转子绕组 RSO 脉冲试验显示，正、负2 条相应曲线出现了不吻合部分，不吻合部分的电压最大偏差接近 250 mV。
1.4转子材质不均
转子材质不均是指转子锻件的气隙、夹杂、鼓泡等使转子径向纤维组织不均匀，导致材料的物理特性存在各向异性。这类问题通常由锻件生产和热处理过程中的缺陷引起。在机组运行中，当材质各向异性的转子受热以后，转轴将会产生不均匀的轴向或径向膨胀，引起转子出现热弯曲，从而导致不平衡振动。
2汽轮发电机转子典型故障机理分析及诊断方法
2.1定转子间气隙偏心
2.1.1偏心故障机理及其成因
发电机转子的三个中心包括定子中心、转子中心、转子旋转中心，这三个中心是发电机定转子通过气隙磁场耦合形成的。发电机正常运行时电磁力均匀对称的分别在转子上，发电机间气隙分别均匀，三个中心重合。若由于某种原因造成气隙偏心，即三个中心不重合时，将形成动态偏心和静态偏心两种气隙偏心。
动态偏心是由于轴承磨损、转轴弯曲挠度、安装不规范等原因造成的转子中心与旋转中心不吻合。 最小间隙是随着空间和时间而变化，不在是静止的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这样由于静止部件和主轴之间的摩擦产生的高热，主轴就会因高热而膨胀，造成主轴弯曲。静态偏心是导轴承中心从定子中心向某个方向偏移，使得转子气隙变化，转子相对于定子偏心。致使发电机转子的旋转中心与定子中心不吻合。静态偏心一般不随转子旋转而改变，它会在某一固定位置，一般是由于装配不合格或加工精度的原因造成的。
2.1.2偏心故障的危害
一般动态偏心会造成磁通分布不对称，转子很可能会产生单极效应，导致轴电压的产生，甚至可能会导致轴承油膜击穿，形成的轴电流烧损轴瓦。静态偏差同样会引起发电机定转子振动，恶化轴承工作状况，使线棒磨损严重，甚至危及到发电机的正常运行。可见不管是动态偏心还是静态偏心都会加剧转子弯曲，一旦转子弯曲严重将会引起转动部件和静止部件的摩擦，甚至会造成设备损坏，可见偏心对于旋转机械而言是衡量旋转机械性能的重要指标。
2.1.3偏心故障的诊断方法
现有的针对汽轮发电机偏心的诊断方法一般是根据发电机转子的振动特征进行判断，但是在偏心的故障下会引起发电机定子和转子同时振动。常规的诊断方法是根据发电机转子的振动特征，但是造成转子振动的原因有很多，诸如碰撞、摩擦、质量不平衡等等。若同时结合发电机定子在故障态时的振动特征，可以更全面的了解发电机偏心的原因。结合工程实践，不同的偏心故障以及正常运行状况下发电机定转子的组合振动特征都是唯一的。
2.2发电机转子不对称冷却
2.2.1转子不对称冷却成因
汽轮发电机转子产生不对称冷却故障的原因一般是由于通风道堵塞，导致绕组的冷却程度存在偏差，使得转子两次存在温差，进而造成转子弯曲变形。笔者对汽轮发电机组多年的维护经验得知造成转子不对称冷却的原因大多包括：槽底垫条错位，压制槽衬用的脱模薄膜堵塞了通风道，楔下垫条错位，楔下垫条未开孔，匝间绝缘未开孔、半开孔或错位，杂物堵塞通风道，导线侧面铣槽的转子通风结构存在设计问题，起动或停机时通风道堵塞。
2.2.2转子不对称冷却的危害
转子不对称冷却将导致励磁绕组局部温度过高，使得励磁绕组绝缘过早老化，降低励磁绕组的使用寿命；转子不对称冷却还使得转子产生工频振动，加剧励磁绕组的磨损，严重时甚至会烧损励磁绕组。另外，发电机转子不对称冷却使转子在单一方向受力，长时间单方向受力将导致转子永久性的弯曲变形。
2.2.3转子不对称冷却的预防
目前针对转子不对称的诊断方法大多是根据温度传感器结合进出风口两侧温差来判断，有些诊断方法还会结合转子振动。为避免转子不对称冷却，目前主要的采取以下预防措施：在生产制造转子绕组时， 可要求生产厂家优化端部的冷却方式，将单路通风改为双路通风；可将转子的侧面铣孔的冷却方式优化为中间铣孔的冷却方式；有目的有计划的进行发电机转子温升试验，将温升试验作为定期工作，以此掌握发电机转子的温升变化；在发电机定子加装热风区间、冷风区间的气隙隔板，以此降低转子绕组温度，加装冷热风区间气隙隔板可有效防止未经冷却的热风进入定子出口，以此加强转子绕组冷却。
2.3励磁绕组与转子本体及护环不对称摩擦
2.3.1不对称摩擦成因
转子转动时，因离心力产生的摩擦力，在绕组线匝上产生其沿轴向伸长的摩擦应力。由于中心环与励磁绕组的间隙较小，使轴向膨胀受阻，这样轴向不均匀的作用力使机组在高速旋转下本体与护环联接力降低，护环发生变形，从而导致转子的不平衡振动。
2.3.2不对称摩擦的危害
由于转子本体与绕组及护环的不对称摩擦力将导致绕组受不平衡的作用力向一边拉扯，很可能使励磁绕组绝缘磨损，从而发生接地或短路故障。由于不平衡摩擦力的存在，励磁的绕组线棒将产生变形，变形线匝在失掉垫块的状态下由离心力作用将产生位移。另外，绕组在长期不对称摩擦力下很可能使线棒达到材料疲惫极限，给设备造成不可挽回的损失。
3结束语
总之，本文分析了汽轮发电机组转子在运行过程几种常见的故障，包括定转子间气隙偏心，转子不对称冷却，绕组与转子本体及护环不对称摩擦；并在此基础上提出了这几种故障产生的原因和危害，提出故障的诊断方法，为相似的工程提供了借鉴。
参考文献
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论文作者:董巍
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/18
标签：转子论文; 绕组论文; 偏心论文; 发电机论文; 不对称论文; 故障论文; 定子论文; 《建筑学研究前沿》2017年第34期论文;