大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部動(dòng)態(tài)特性的測(cè)量及評(píng)定.doc

K52備案號(hào)：77952000中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 7352000 大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部動(dòng)態(tài)特性的測(cè)量及評(píng)定Measurement and evaluation of the dynamic characteristicon stator end windings of the large turbo-generator2000 11-03 發(fā)布 2001-01-01實(shí)施中華人民共和國(guó)國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì) 發(fā)布前 言 隨著發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的增加，定子繞組端部受到的兩倍頻電磁力隨之增大。如果定子繞組端部的固有頻率接近100Hz，在運(yùn)行中繞組端部將會(huì)產(chǎn)生較大的諧振振幅，且以繞組端部整體模態(tài)頻率接近100Hz、振型為橢圓時(shí)最為嚴(yán)重。近年來，國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口大型汽輪發(fā)電機(jī)由于定子繞組端部諧振或其他原因，綁繩、支架固定螺栓、槽內(nèi)緊固件松動(dòng)和線棒絕緣磨損的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，因而開展發(fā)電機(jī)定子繞組端部動(dòng)態(tài)特性的測(cè)量和評(píng)定工作十分必要。本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部動(dòng)態(tài)特性的測(cè)量方法和評(píng)定準(zhǔn)則作了具體規(guī)定。 本標(biāo)準(zhǔn)從生效之日起，電力行業(yè)有關(guān)規(guī)定中所有涉及發(fā)電機(jī)定子繞組端部動(dòng)態(tài)特性的測(cè)量及評(píng)定的部分，凡與本標(biāo)準(zhǔn)相抵觸的，以本標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)。 本標(biāo)準(zhǔn)的附錄A是提示的附錄。 本標(biāo)準(zhǔn)由電力行業(yè)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)提出并歸口。 本標(biāo)準(zhǔn)負(fù)責(zé)起草單位：山東電力研究院；參加起草單位：華北電力科學(xué)研究院，東北電力科學(xué)研究院。 本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：孫樹敏、王文琦、白亞民、馬慶平、高波、孟瑜。 本標(biāo)準(zhǔn)由電力行業(yè)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)負(fù)責(zé)解釋。目 次前言1 范圍2 引用標(biāo)準(zhǔn)3 定義4 測(cè)量項(xiàng)目和方法5 測(cè)量設(shè)備和模態(tài)分析軟件要求6 測(cè)量條件7 評(píng)定準(zhǔn)則附錄A(提示的附錄)模態(tài)分析的一般方法1 范圍 本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部動(dòng)態(tài)特性的測(cè)量方法及評(píng)定準(zhǔn)則。 本標(biāo)準(zhǔn)適用于額定功率為200MW及以上的國(guó)產(chǎn)汽輪發(fā)電機(jī)。在新機(jī)交接、大修、受到短路沖擊、更換線棒、改變定子繞組端部固定結(jié)構(gòu)或必要時(shí)，應(yīng)對(duì)定子繞組端部進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性測(cè)量。 進(jìn)口汽輪發(fā)電機(jī)和額定功率在200MW以下的國(guó)產(chǎn)汽輪發(fā)電機(jī)可參考本標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。2 引用標(biāo)準(zhǔn) 下列標(biāo)準(zhǔn)所包含的條文，通過在本標(biāo)準(zhǔn)中引用而構(gòu)成為本標(biāo)準(zhǔn)的條文。本標(biāo)準(zhǔn)出版時(shí)，所示版本均為有效。所有標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)被修訂，使用本標(biāo)準(zhǔn)的各方應(yīng)探討使用下列標(biāo)準(zhǔn)最新版本的可能性。 GB/T 22981991機(jī)械振動(dòng)與沖擊術(shù)語3 定義 本標(biāo)準(zhǔn)采用下列定義。3.1 動(dòng)態(tài)特性測(cè)定試驗(yàn) dynamic characteristic test為了解結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性和驗(yàn)證設(shè)計(jì)時(shí)采用的力學(xué)模型是否正確所作的試驗(yàn)，如模態(tài)試驗(yàn)GB/T 22981991中5.29.c。3.2 固有頻率 natural frequency由系統(tǒng)本身的質(zhì)量和剛度所決定的頻率，n自由度系統(tǒng)一般有n個(gè)固有頻率，按大小次序排列，最低的為第一固有頻率等。3.3 模態(tài)試驗(yàn) modal test為確定系統(tǒng)模態(tài)參數(shù)所做的振動(dòng)試驗(yàn)。通常先由激勵(lì)和響應(yīng)關(guān)系得出頻率響應(yīng)矩陣，再由曲線擬合等方法識(shí)別出各階模態(tài)參數(shù)GB/T 22981991中5.32。3.4 模態(tài)參數(shù) modal parameter模態(tài)的特征參數(shù)，即振動(dòng)系統(tǒng)的各階固有頻率、振型、模態(tài)質(zhì)量、模態(tài)剛度與模態(tài)阻尼GB/T 22981991中3.60。3.5 振型 modal shape機(jī)械系統(tǒng)的某一給定振動(dòng)模態(tài)的振型是指由中性面(或中性軸)上的點(diǎn)偏離其平衡位置的最大位移值所描述的圖形GB/T 22981991中3.63。3.6 定子繞組端部橢圓振型 elliptical modal shape on stator end windings定子繞組端部和支撐結(jié)構(gòu)整體振型為橢圓形狀。3.7 頻率響應(yīng)函數(shù) frequency response functiona)簡(jiǎn)諧激勵(lì)時(shí)，穩(wěn)態(tài)輸出相量與輸入相量之比。b)瞬態(tài)激勵(lì)時(shí)，輸出的傅里葉變換與輸入的傅里葉變換之比。c)平穩(wěn)隨機(jī)激勵(lì)時(shí)，輸出和輸入的互譜與自譜之比。GB/T 22981991中2.403.8 相干函數(shù) coherence functionx1(t)和x2(t)的互譜的絕對(duì)值的平方與各自的自譜的乘積之比，可用式(1)表示： (1)由互譜不等式可得式(2)： (2)式中： 經(jīng)過集合平均后的互譜； 經(jīng)過集合平均后的自譜。 GB/T 22981991中6.33.9 阻尼 damping能量隨時(shí)間或距離的耗散GB/T 22981991中3.93。3.10 動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀 dynamic signal analyzer 當(dāng)代最常用的基于快速傅立葉變換原理和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的信號(hào)分析儀。它對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行抗混濾波、采樣保持和模數(shù)轉(zhuǎn)換等初步處理后，按不同要求可對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析、時(shí)差域分析(相關(guān)分析)、頻域分析(功率譜、頻響函數(shù)等分析)和幅值域分析(直方圖、概率密度等分析)GB/T 22981991中5.35。DL/T 73520003.11 采樣頻率 sampling frequency1s內(nèi)的采樣次數(shù)GB/T 22981991中6.13。3.12 窗函數(shù) window function 為了用數(shù)字分析儀進(jìn)行分析，對(duì)信號(hào)進(jìn)行截?cái)嗵幚頃r(shí)所用的權(quán)函數(shù)GB/T 22981991中6. 24。4 測(cè)量項(xiàng)目和方法4.1 測(cè)量項(xiàng)目和測(cè)點(diǎn)布置4.1.1 測(cè)量項(xiàng)目 a)定子繞組端部整體模態(tài)試驗(yàn)； b)定子繞組鼻端接頭固有頻率測(cè)量； c)定子繞組引出線和過渡引線固有頻率測(cè)量。4.1.2 定子繞組端部整體模態(tài)試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置及數(shù)量要求 在汽側(cè)和勵(lì)側(cè)繞組端部錐體內(nèi)截面上，各取如圖1所示的1、2、3三個(gè)圓周，每一圓周上的測(cè)點(diǎn)應(yīng)沿圓周均勻布置且數(shù)量不少于定子槽數(shù)的一半。4.1.3 定子繞組鼻端接頭固有頻率測(cè)點(diǎn)布置及數(shù)量要求 測(cè)點(diǎn)沿圖1中的圓周1布置，測(cè)量字子繞組所有鼻端接頭的固有頻率。4.1.4 定子繞組引出線和過渡引線固有頻率測(cè)點(diǎn)布置在定子繞組引出線和過渡引線的固定薄弱處適當(dāng)布置若干測(cè)點(diǎn)。4.2 測(cè)量方法4.2.1 定子繞組端部整體模態(tài)試驗(yàn)4.2.1.1 發(fā)電機(jī)定子繞組端部整體模態(tài)試驗(yàn)采用錘擊法，一點(diǎn)激振多點(diǎn)響應(yīng)或多點(diǎn)激振一點(diǎn)響應(yīng)兩種方法均可。推薦一點(diǎn)激振多點(diǎn)響應(yīng)法，用力錘定點(diǎn)敲擊定子繞組端部上的某點(diǎn)，向繞組端部提供一個(gè)瞬態(tài)的沖擊力，動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀拾取端部繞組上各測(cè)點(diǎn)的徑向(可加測(cè)切向和軸向)的振動(dòng)響應(yīng)，再經(jīng)模態(tài)分析軟件分析處理，得到定子繞組端部整體的模態(tài)頻率、振型和阻尼等模態(tài)參數(shù)。4.2.1.2 推薦按圓周1至圓周3(見圖1所示)的順序測(cè)量。測(cè)得圓周1的數(shù)據(jù)后，可根據(jù)分析的需要，再加測(cè)圓周2和圓周3的數(shù)據(jù)。1定子繞組端部鼻端接頭各測(cè)點(diǎn)組成的圓周；2定子繞組的槽口部位各測(cè)點(diǎn)組成的圓周；3定子繞組端部漸開線中部各測(cè)點(diǎn)組成的圓周圖1 定子繞組端部模態(tài)試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置圖4.2.2 定子繞組鼻端接頭、引出線和過渡引線固有頻率測(cè)量用力錘分別敲擊定子繞組鼻端接頭、引出線和過渡引線，測(cè)量相應(yīng)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)響應(yīng)，經(jīng)動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀分析，得到相應(yīng)的瞬態(tài)激勵(lì)頻率響應(yīng)函數(shù)(見附錄A)，在瞬態(tài)激勵(lì)頻率響應(yīng)函數(shù)的幅頻特性曲線上，相干函數(shù)值在0.9以上的極大值點(diǎn)為各測(cè)點(diǎn)的固有頻率值。4.2.3 測(cè)量次數(shù) 每一測(cè)點(diǎn)至少重復(fù)測(cè)量一次，并盡量保持錘擊的方向和力度一致。4.2.4 測(cè)量時(shí)應(yīng)記錄環(huán)境、線棒和內(nèi)冷卻水溫度5 測(cè)量設(shè)備和模態(tài)分析軟件要求5.1 測(cè)量設(shè)備5.1.1 力錘 力錘應(yīng)帶有力傳感器，推薦使用壓電式力傳感器，其最大量程不小于50kN，錘帽為橡膠等軟材料。力錘的頻響范圍為0Hz200Hz。5.1.2 加速度傳感器 推薦使用壓電式加速度傳感器測(cè)量定子繞組端部的振動(dòng)響應(yīng)。5.1.3 電荷放大器 根據(jù)選用的力傳感器和加速度傳感器選擇相應(yīng)的電荷放大器，電荷放大器應(yīng)具有足夠的放大倍數(shù)，使其輸出信號(hào)幅值大于動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀量程的一半。5.1.4 動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀5.1.4.1 至少應(yīng)具有兩個(gè)信號(hào)通道，推薦使用四通道動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀。各通道間應(yīng)為無相差采集，采樣頻率大于10kHz，采樣點(diǎn)數(shù)不少于1024點(diǎn)，頻譜分析分辨率不低于0.5Hz。5.1.4.2 應(yīng)具備以下分析功能： a)頻譜分析、功率譜分析、傳遞函數(shù)和相干函數(shù)分析； b)信號(hào)的加窗(力信號(hào)加力窗、加速度信號(hào)加指數(shù)窗)處理和多次測(cè)量數(shù)據(jù)的平均處理； c)應(yīng)具備數(shù)據(jù)儲(chǔ)存功能。5.1.4.3 應(yīng)具備抗外界電磁場(chǎng)和電源干擾的能力。5.2 模態(tài)分析軟件 選用實(shí)模態(tài)分析軟件，應(yīng)滿足發(fā)電機(jī)定子繞組端部動(dòng)態(tài)特性測(cè)定的要求。6 測(cè)量條件 定子繞組為水內(nèi)冷的發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)定子繞組端部模態(tài)試驗(yàn)、定子繞組鼻端接頭、引出線和過渡引線固有頻率測(cè)量在停機(jī)冷態(tài)下進(jìn)行，宜在定子繞組通水的情況下進(jìn)行，新機(jī)交接時(shí)可先測(cè)量不通水情況下的數(shù)據(jù)。7 評(píng)定準(zhǔn)則7.1 繞組端部整體模態(tài)評(píng)定7.1.1 新機(jī)交接時(shí)，繞組端部整體模態(tài)頻率在94Hz115Hz范圍之內(nèi)為不合格。7.1.2 已運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，繞組端部整體模態(tài)頻率在94Hz115Hz范圍內(nèi)， 且振型為橢圓，應(yīng)采取措施對(duì)繞組端部進(jìn)行處理。7.1.3 已運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，繞組端部整體模態(tài)頻率在94Hz115Hz范圍內(nèi)， 振型不是橢圓，應(yīng)結(jié)合發(fā)電機(jī)歷史情況綜合分析；若繞組端部磨損嚴(yán)重或松動(dòng)，應(yīng)及時(shí)處理并復(fù)測(cè)模態(tài)；若無明顯磨損，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視，在具備條件時(shí)對(duì)繞組端部進(jìn)行處理。7.2 線棒鼻端接頭、引出線和過渡引線的固有頻率評(píng)定7.2.1 線棒鼻端接頭、引出線和過渡引線的固有頻率在94Hz115Hz范圍之內(nèi)為不合格。7.2.2 已運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，個(gè)別線棒鼻端接頭、引出線和過渡引線的固有頻率在94Hz115Hz范圍內(nèi)，應(yīng)結(jié)合發(fā)電機(jī)歷史情況綜合分析處理。7.3 相鄰兩次試驗(yàn)的結(jié)果對(duì)比 模態(tài)振型和頻率有明顯差異時(shí)應(yīng)對(duì)繞組端部固定結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查處理。在頻率響應(yīng)函數(shù)的幅頻特性曲線上，94Hz115Hz范圍內(nèi)的固有頻率點(diǎn)，幅值有明顯增大時(shí)，應(yīng)進(jìn)行加固處理。附錄A (提示的附錄) 模態(tài)分析的一般方法A1 模態(tài)分析的基本過程 模態(tài)是機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性。每個(gè)模態(tài)具有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。通過模態(tài)分析，掌握結(jié)構(gòu)在某一感興趣的頻率范圍內(nèi)各階主要模態(tài)的特性，就可預(yù)計(jì)結(jié)構(gòu)在此頻段內(nèi)的實(shí)際振動(dòng)響應(yīng)。 模態(tài)分析大致可分為四個(gè)基本過程：A1.1 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的采集A1.1.1 激勵(lì)方法 對(duì)結(jié)構(gòu)施加一定動(dòng)態(tài)激勵(lì)，然后采集激振力信號(hào)及各點(diǎn)的振動(dòng)響應(yīng)，用相應(yīng)的識(shí)別方法獲取模態(tài)參數(shù)。 激勵(lì)方法按輸入力的信號(hào)特征可分為：正弦掃描、正弦快掃描、瞬態(tài)激勵(lì)等。本標(biāo)準(zhǔn)推薦采用瞬態(tài)激勵(lì)法。A1.1.2 數(shù)據(jù)采集 為了降低試驗(yàn)成本，推薦同時(shí)采集激勵(lì)和響應(yīng)的信號(hào)，用不斷移動(dòng)激勵(lì)點(diǎn)位置或響應(yīng)點(diǎn)位置的方法取得振型數(shù)據(jù)。A1.1.3 時(shí)域或頻域信號(hào)處理 對(duì)采集的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行濾波處理、頻譜分析、傳遞函數(shù)估計(jì)、相干函數(shù)分析等。A1.2 建立結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型 根據(jù)已知條件建立一種描述結(jié)構(gòu)特性的模型，作為計(jì)算及識(shí)別參數(shù)的依據(jù)。A1.3 參數(shù)識(shí)別 按識(shí)別域的不同可分為頻域法、時(shí)域法和混和法。A1.4 振型動(dòng)畫 根據(jù)試驗(yàn)得到的結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)模型，即一組固有頻率、模態(tài)阻尼以及相應(yīng)各階模態(tài)的振型，采用活動(dòng)振動(dòng)的方法，將放大了的振型疊加到原