轴流式水轮发电机组不对中-碰摩耦合故障振动特性分析

针对轴流式水轮发电机组因联轴器偏角不对中引起的碰摩转子-转轮系统振动问题,基于修正的LuGre摩擦模型,该研究推导了联轴器不对中故障下转轮叶片碰摩力表达式。在此基础上,搭建了综合考虑不平衡磁拉力等外激励作用下系统动力学模型。采用数值方法研究了不对中角度对系统振动特性的影响,并结合Floquet理论分析了以转速为控制变量的系统周期解稳定性。结果表明,不对中的存在增大了系统发生失稳可能性,显著改变了系统动态特性。此外,不对中角度对转子与转轮振动响应的影响具有较大差异,随着不对中角度的增加,转轮振动变化明显且碰摩程度较为恶劣。该研究结果可为轴流式水轮发电机组安全运行及稳定性分析提供有益借鉴。

基于SVD-CWT和CNN的水轮发电机转子故障识别

水轮发电机转子振动故障识别是水电站运维的重难点问题,为此提出一种基于转子振动信号的故障识别方法。首先针对发电机转子的非平稳和非线性振动信号,采用奇异值分解(SVD)并结合能量差分谱理论进行降噪预处理;对预处理数据使用连续小波变换(CWT)转换为时频图并形成图像数据集;然后将该图像数据集作为卷积神经网络(CNN)输入,通过CNN多层池化及卷积形成分布式故障特征表达,最终实现发电机转子故障模式识别和分类。经实验验证,该方法准确率达到99.5%以上,能有效识别出发电机转子的故障类型。

基于MRD优化布置的水轮发电机组碰摩系统振动抑制

针对水轮发电机组转子-转轮系统碰摩故障问题,采用磁流变液阻尼器(magneto-rheological damper,MRD)对轴系振动进行抑制,旨在探究MRD对机组轴系振动的影响规律及其对系统碰摩故障的抑制效果。首先,将机组轴向位置函数引入MRD非线性动力学模型,推导了碰摩故障下含轴向分布参数的MRD-转子-转轮系统动力学方程。其次,基于数值模拟方法,以机组转速为控制参数对比分析了是否考虑MRD的转子-转轮系统非线性动力学行为。最后,研究了不同MRD轴向布置参数对碰摩转子-转轮系统动力学行为的影响。研究结果表明:MRD的加入对转子、转轮非稳态运动具有良好约束作用,能够显著减小转子、转轮振动幅值,有效避免了机组轴系碰摩故障的发生;当阻尼器位置参数s_(1)、s_(2)分别取0.25与0.95时,MRD对系统的减振效果最佳。通过在机组轴系合理布置MRD,可有效改善系统振动情况,从而为水轮发电机组振动控制提供有益指导。

基于改进VMD和GRU的水轮发电机组振动故障预警

针对水轮发电机组受水、机、电等因素相互耦合,早期故障特征被电磁和噪声所淹没难以提取的问题,设计了一种基于改进VMD和GRU的水轮发电机组振动故障预警方法。首先,采用BES算法对变分模态VMD的参数进行寻优,得到最佳的分解层数、惩罚因子和模态个数,然后采用最优的VMD算法对水轮发电机组早期的振动特征进行提取,最后将早期的振动特征输入GRU神经网络预测算法进行训练、验证和测试。仿真结果和工程实例表明,该方法可以有效快速准确提取水轮发电机组的早期微弱振动特征,实现水轮发电机组的早期故障预警,具有较高的工程应用价值。

凸极立式全蒸发冷却水轮发电机通风计算研究

凸极立式水轮发电机的全蒸发冷却技术可以实现定转子绕组高效冷却,降低水轮发电机对通风系统的风量需求,但在发电机风路中引入多种阻力元件,可能对电机通风系统产生影响。为实现全蒸发冷却水轮发电机通风系统的精细化热设计,本文建立了电机定子蒸发冷却系统关键管路结构及端部定子线棒三维模型,通过CFD软件对定子端部流场进行了数值计算,获得了端部阻力特性;探讨了转子蒸发冷却系统冷凝器引入后,不同冷凝器设计方案下的转子流量压头特性;最后,基于一维等效风路方法,完成了通风系统风路计算,获取了电机各部分风量分配数据,并将FLOWMASTER软件计算结果与厂家设计值进行校核,确定计算准确性。本文可从精细化通风计算角度为蒸发冷却系统关键结构工程设计提供参考。

立式水轮发电机蒸发冷却转子振动特性研究

随着水轮发电机向大容量、高转速发展,对转子冷却技术提出了更高的要求。蒸发冷却技术是一种依靠冷却介质相变吸热的高效冷却技术,但目前的蒸发冷却转子方案要求在转子上存储一定量的液态冷却介质。为研究蒸发冷却转子上液态冷却介质与转子振动特性之间的关系,本文基于某水电站立式水轮发电电动机真机模型初步建立了管道内冷式转子蒸发冷却结构,研究了不同液位高度下蒸发冷却介质对转子固有频率的影响。结果表明,随着液位高度的增加,冷却介质对管道壁面的压力逐渐增大,对转子自身的固有频率无显著影响。本文所做工作对后续进行转子蒸发冷却结构优化设计以及进一步研究液态冷却介质与转子振动特性之间的耦合关系具有一定的指导意义。

高海拔地区18 kV水轮发电机定子绕组端部防晕技术研究

为满足海拔高度为2 500 m的某大型水电站18 kV水轮发电机的防晕要求,本文从理论方面分析了目标海拔高度下的空气击穿场强及影响因素,并通过建立定子绕组端部三维仿真模型评估了端部电场特性,分析了间隙距离与绑扎结构对端部斜边电场的影响,确定了定子绕组端部斜边最小间隙距离控制在15 mm的方案。最后,在构建的大型高海拔环境模拟试验室完成了18 kV水轮发电机定子线圈和绕组的防晕性能进行测试验证。结果表明:该18 kV水轮发电机的防晕性能良好,满足在2 500 m海拔高度下的防晕要求。

不同故障下水轮发电机组轴系的振动特性研究

水轮发电机组的振动往往由水-机-电耦合因素引起,分析单一故障及多因素耦合故障下的轴系振动对机组稳定运行和厂房结构安全至关重要。采用四阶龙格-库塔法分别求解了不平衡磁拉力、碰摩力、非线性油膜力单独作用或耦合作用下的发电机和水轮机振动特性。结果表明,仅考虑不平衡磁拉力或仅考虑碰摩力时,轴系的运动特性主要表现为周期运动状态和拟周期运动状态;在多因素耦合作用下,轴系的运动特性将会变得更为复杂,表现为以拟周期运动和混沌运动为主,间歇性出现周期运动。研究结果可为水电站的安全、稳定、优化运行提供更多的理论依据。

立式水轮发电机定子内膛及端部清扫检查装置的研究

立式水轮发电机在B级检修期间,需拔出一对磁极后,对定子绕组端部、定子通风槽等进行人工清扫检查,常规方式采用带电清洗剂进行人工冲洗,并对定子槽口、定子内膛等进行重点检查,存在工作效率低、清洗剂影响作业人员呼吸道健康、空间狭小导致检查不充分等问题,为此研制了自动清扫装置。该装置的投入,减轻了作业人员劳动强度,缩短了清洗检查时间,提高了检修效率。

基于Hilbert包络谱熵和GA-SVM的水轮发电机轴承故障诊断

水轮发电机轴承在运行时承受着整体机组的轴向负荷与复杂水推力,针对其产生的非稳态、非线性特征的振动信号,提出一种基于Hilbert包络谱分析与遗传算法支持向量机(GA-SVM)相结合的诊断方法,用于轴承故障状态的识别。首先对推力轴承运行时产生的振动信号进行集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD),分解成若干个固有模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF),依据峭度准则选取主要IMF分量并通过Hilbert包络谱分析,计算包络谱熵,将归一化后的包络谱熵作为特征向量输入GA-SVM进行训练与故障识别。仿真实验结果表明,基于EEMD包络谱熵分析法相比于时频域图像处理能更好地提取出复杂工况下的故障信号特征,遗传算法支持向量机识别准确率达96.87%,该算法模型可进一步应用于水轮发电机轴承故障诊断。

水轮发电机引风板端部合缝采用绑绳绑扎试验与研究

引风板是发电机的重要部件,用于减少气隙轴向两端漏风,是发电机通风系统的重要组成部分。本文针对国内某电站引风板合缝螺栓掉落事件,对绑绳绑扎结构进行研究,并通过实验取得绑绳材料的力学性能,验证了绑扎结构的可行性,对类似水轮发电机引风板端部合缝处固定的设计提供参考思路。

水轮发电机组压力脉动及稳定性分析

水轮发电机组作为水力发电站的核心设备,在长期运行过程中不可避免地产生振动和压力脉动问题,长期振动会加速机械零件的磨损和疲劳,降低机组的寿命和可靠性,还可能导致机组的不稳定运行,甚至引发严重事故,对发电站的安全性构成威胁。这些振动和脉动问题源自多方面因素,其中包括水流的动态性、叶轮的设计与制造质量、以及机组与水力系统之间的复杂相互作用。这些振动和压力脉动问题对水轮发电机组的性能、可靠性和安全性都带来了负面影响。因此,深入研究水轮发电机组在运行过程中的振动和压力脉动问题,寻找有效的解决方案显得尤为重要。通过对安砂水电站3号机组实验数据的分析,深入探讨了水轮发电机组压力脉动及振动引起的运行稳定性问题。通过利用秩和检验以及皮尔逊相关性系数对水轮机组运行过程中的压力脉动、振动和摆度信号进行分析,发现水轮机组整体信号之间存在较强的相关性,尤其是在摆度信号中。最后,从水轮发电机组的设计、运行和维护各个阶段,探讨了降低水轮发电机组运行中产生的压力脉动及振动问题的方法与策略。通过采取这些措施,我们可以有效地降低振动和压力脉动问题带来的负面影响,确保水轮发电机组安全、稳定地运行,为可持续能源的发展做出贡献。

基于PLC的水轮发电机励磁调节控制系统改造

“无人值班,少人值守”已成为水电站自动化的基本要求,智能化将成为水电站自动化生产与管理下一步发展的方向。水轮发电机励磁系统是水电站自动化中的重要组成部分,优良的励磁系统可以维持发电机端电压稳定,既可以实现发电机无功功率合理分配,还可提高电力系统运行的静暂态稳定能力,使电力系统受到大干扰后,各发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复得到原来稳定运行状态。对于水电站自动化和智能控制而言,励磁系统的可靠性、稳定性、速动性均是考虑的重要因素。水轮发电机励磁系统主回路采用技术成熟的晶闸管控制,因此,要提升励磁系统的调节性能,重点是对励磁控制方式和控制程序的研究。该文在中小型水电站水轮发电机常用的基于PLC的励磁调节控制装置基础上,设计提升励磁调节控制装置可靠性的方案,重新改造设计新的控制系统,使其能够根据不同工况自动采用优化后的控制参数,以满足当前水电站自动化及今后水电站进行智能化改造时对励磁系统调节控制性能的要求。

水轮发电机无弧灭磁装置的研究与应用

水轮发电机单机容量的增加对发电机灭磁系统的可靠性提出更高要求。针对灭磁开关与非线性灭磁电阻组成的移能灭磁系统灭磁失败问题,提出一种无弧灭磁装置予以解决,其通过整流桥控制角改变整流桥输出电压瞬时值,从而提高水轮发电机灭磁系统灭磁的可靠性。灭磁时序试验验证了所提装置的有效性和实用性。

水轮发电机组故障监测系统互感器选型优化设计

建设和运维成本低以及安全可靠是水电站水轮发电机组追求的目标。基于APH方法设计和优化水轮发电机组故障监测系统方案,通过设置监测系统多个属性,建立方案中互感器选择的层次分析因素矩阵模型,对系统中互感器的功效做出全面的综合评价,选择最优的互感器,并以此量化得到最优的机组故障监测系统方案。

基于局部放电的水轮发电机定子绕组层间间隙放电的检测与分析

为提高绕组层间间隙放电故障诊断的可靠性,以水轮发电机定子绕组为试验对象,研究了通过局部放电诊断层间间隙放电时的影响因素。首先通过离线试验、在线试验、模拟试验方法获取绕组多放电源叠加时的层间间隙放电局放特征,然后通过线棒模拟电气传导衰减,结合发电机绕组结构、检测距离,分析检测距离对检测结果的影响。结果表明:绕组层间的间隙放电有独立特征,在其PRPD模式图中脉冲分布呈悬浮状且具有对称的正负极性,脉冲峰值位于45°和225°前后,两相中一相的正负极性脉冲峰值同时向右偏离45°和225°,另一相的正负极性脉冲峰值同时向左偏离45°和225°;当绕组结构不同时,放电间隙分布和汇流环长度也不同,由此造成的检测距离差异对局部放电信号幅值检测结果有较大影响,如果只考虑电气传导,检测距离每增大1 m,局部放电幅值平均衰减约10%,当只有距离较近的一相能检测到间隙放电时相间分析方法失效;即使绕组中同时存在多个放电源和间隙放电也可以通过间隙放电PRPD模式图的悬浮特征识别层间间隙放电;检测量程对局部放电模式识别有影响,当大量程全局图谱完整但局部模式相互重叠时无法识别具体故障,当小量程全局图谱不完整但局部模式图清晰时可识别具体故障。

立式水轮发电机主轴轴线动态研究分析

水轮发电机轴线分析对水电厂水轮发电机组运行具有重要意义,本文分析了机组日常检修轴线测量存在的弊端以及机组运行过程中轴线监测的重要性,提出一种基于各摆度波形动态研究机组轴线的方法。根据机组实际运行动态,360°采集各方位的摆度值及其相位,采用数学向量合成分析的方法,借助计算机实时计算分析,进行机组轴线动态监测并判断其是否存在曲折以及曲折的方位,从而指导机组检修时的轴线调整。通过对机组实际摆度的采集数据进行举例计算分析,验证了本文所提方法的有效性,对水轮发电机组运行监测以及状态分析具有良好的指导意义。

影响水轮发电机组碳刷性能的主要因素及检测方法与标准

水轮发电机组中的碳刷在运行的过程中产生的碳粉在接触面会导致振动、高温、打火等问题,从而引发与之配对的集电环表面出现损伤,这种损伤的累计会进一步恶化电机的运行环境。针对此问题,从影响碳刷服役性能的主要因素、检测方法及碳刷选型标准等三方面进行分析研究,介绍了制造工艺、材料配方、运行工况等三种因素影响下碳刷物理性能和载流摩擦磨损性能的变化,重点分析了其对碳刷的载流摩擦磨损性能影响,以及碳刷性能的检测方法和碳刷的选型标准。为水轮发电机组碳刷的选型与检测、性能升级等提供思路。

水轮发电机组零部件的VCI防腐技术研讨

近几年,随着VCI防腐技术的日渐成熟,我国防腐包装行业也发展迅速,出口包装的质量和要求不断刷新上限,新材料、新工艺、新技术在防腐包装上得到广泛应用,机械产品对防腐包装地要求大致分为:保护功能(防腐、防水、防氧化、防盐雾、耐酸雨、抗撞击、放各种污染物)和装饰功能(色彩、美观等),其中最重要的是防腐技术,常规防腐是涂刷防锈油等方式;该方式需要一定的工具和措施,在使用该产品时还需要清洗等。水轮发电机组的电气部分,原来采用干燥包装,防腐时间短,操作复杂。随着水轮发电机组机械地生产制造,防腐技术的大力发展,无油防腐技术的行业意愿越来越强。VCI防腐技术以操作简单,免清洗,防腐时间长,环保等优点,进入了行业的目光。

某梯级电站巨型水轮发电机总体设计研究

某梯级电站所处河流段水力资源丰富、落差巨大,地质结构复杂,土建成本高。该梯级电站天然属性决定了电站装机必然是高转速、大容量水轮发电机型。水轮发电机总体设计方案和单机容量、转速、电压相关,也受制于机组飞逸转速、水轮机轴向推力、径向不平衡力。总结某梯级电站水轮发电机电磁、通风、绝缘、轴承、刚强度、机组轴系稳定等各方面研究成果,并针对某梯级电站具体特点,对各电站水轮发电机总体设计方案进行论证,找出影响设计方案可行的关键因素,为电站总体规划设计提供支持。