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发电机的转子故障问题研究

 

能源产业作为支柱产业,在国民经济发展中举足轻重,电力作为现代能源体系的主体,是能源行业乃至其他行业的枢纽。电力工业作为国民经济可持续发展的先行工业发展迅速,许多大型机组陆续投入运行。目前,单机容量为600兆瓦的发电机组已经成为发电领域中的主力机组,而单机容量为1000兆瓦的发电机组正在迅速成为新的主力发电机组。截止2015年底,全国发电装机容量15.1亿千瓦,供应能力充足,非化石能源发展迅速,发电装机比重提高到35.0%。火电发电量负增长、利用小时降至4329小时。电力供应结构持续优化,电力消费增长减速换档、结构不断调整,电力供需形势由偏紧转为宽松。


虽然单机容量600MW或单机容量1000MW等级的发电机组运行中具有负荷能力更强、发电效率更高的优势,但同时也给电网的负荷预控提出了更高的要求,并增加了运行中的风险。运行中的大型发电机一旦发生故障,特别是恶性事故,将对整个电力系统的安全和可靠供电造成威胁,给电力系统和社会经济带来巨大的经济损失,并造成恶劣的社会影响。


目前,我国仍有较多地区存在供电紧张及严重缺电现象,使得许多电厂设备长期处于超负荷运行状态,设备的安全性也随之下降,为使能电厂设备正常运行,主要应控制事故和异常的发生率,减少非计划停机的次数,使机组能够安全、经济、可靠地运行,发挥出较大的经济效益。及时发现和排除故障,可以减少和避免事故的发生。


由于发电机实际运行中存在机电耦合作用和加工制造工艺不良,使得转子经常发生一点接地、匝间短路、热弯曲、碰摩、轴承轴向振动、轴承动态刚度恶化、发电机转子不平衡等故障,对发电机的正常安全运行造成极大危害。运行中的大型发电机转子由于处于高速旋转状态,承受着很大的机械应力和热负荷。同时还受到巨大的电磁力作用,所以对转子部分的故障检测就显得尤为重要。


转子故障既是一个老问题,也是一个新问题。说它是一个老问题,是因为伴随着发电机的诞生,转子故障就随之产生了,因此,它可以说是历史悠久。说它是一个新问题,是因为在转子故障分析诊断领域中,现有的一些分析诊断方法还存在着明显的不足,还有不少技术难题有待解决。由于以前机组的容量、负荷等都不大,生产工艺方面也比较成熟,转子方面的故障比较少,人们对其故障分析诊断技术的研究还没有加以足够的重视,加上转子运行在高速旋转的状态下,受到多种复杂因素的影响,对它进行故障分析的手段十分有限,客观上也限制了转子故障分析诊断技术的发展。因此,发电机转子故障分析诊断技术一直处于一种非理论化、非系统的零散、落后的状态。当现代大容量发电机的转子故障频繁发生时,传统的转子故障分析诊断技术往往因无法胜任,而处于一种比较尴尬的境地。从近几年的情况来看,这个问题表现得尤为突出。