汽轮发电机热弯曲的原因及振动机理

热弯曲是发电机较常见的一种振动故障，在国内外都是如此。近几年国内机组此类故障有增加的趋势，因此进行这方面的研究、总结现场处理的经验是十分必要的。

引起发电机热弯曲的主要原因有：①材质问题；②冷却系统故障；③转子线圈膨胀受阻；④匝间短路。

01 材质问题

转子锻件的各向异性会引起转子受热后各个方向的膨胀不均，产生热弯曲。随着制造水平的提高，材质造成的热弯曲已很少见。

02 冷却系统故障

发电机转子的冷却方式分为空冷、水冷和氢冷。它们都可能出现冷却系统堵塞的故障。

1. 空冷机组

小容量的发电机和许多励磁机采用空气冷却，在长期运行的过程中，空气中的灰尘可能堆积在转子的风道上面，将影响到通风的均匀性。

2. 水冷机组

水内冷机组的冷却水由励磁机的进水支座经水电连接头进入发电机转子的空心线圈，冷却转子后由汽侧的出水支座排出。

水电连接头是拐角结构，而且空心线圈的内孔很小，只有几毫米。如果有异物进入，很容易在这两个部位造成堵塞。

3. 氢冷机组

大型发电机多数采用氢内冷。通风孔是转子热交换的主要风路通道，多种原因都可能引起通风孔通流截面减小、通风孔变形、杂物堵塞，例如：制造、安装或保管不慎将杂物带入通风孔；检修后未能对发电机彻底吹扫；运行中杂物被吹入通风孔；导线绝缘脱落堵塞通风孔或引起通风不畅；匝间绝缘窜动；槽楔、楔下垫条、通风孔的相互错位；转子局部过热使槽衬断裂或鼓起堵塞通风孔；氢爆引起的通风孔变形。

冷却系统局部堵塞，将破坏冷却的对称性，使转子横截面出现温度不对称，引起热弯曲。

03 转子线圈膨胀受阻

有的资料也将这种故障称为内摩擦效应，因为它与线圈膨胀受到的摩擦力有关。

发电机的磁场是转子绕组的励磁电流建立的。励磁电流通过绕组并使线圈被加热，线圈受热后向两端膨胀，大型发电机转子线圈的膨胀量可以达到10mm左右。如果这种膨胀不受约束，并不会在转子产生内应力。然而，由于旋转过程中线圈产生巨大离心力，这种离心力使它紧贴在槽楔和护环的内壁，在结合面出现很大的摩擦力。这种摩擦力可能导致线圈膨胀受阻，而线圈的反作用力会使转子产生弯曲。

B内应力示意如图1所示，部件A受热后膨胀，由于受到部件B的约束，它会给B反作用力使其弯曲。转子线圈膨胀受阻的原理与此相似，只不过这种约束来自结合面的摩擦力。

线圈长期受内摩擦力的作用发生蠕变，或者匝间短路产生的高温使线圈变形或表面炭化，都可能使摩擦力增大；槽楔安装的松紧程度不一，楔下垫条厚薄的不均匀、护环的偏斜，也可能破坏摩擦力的对称性。

图1 内应力示意

与汽缸膨胀的畅通要有一个时间过程相同，发电机初投运时，线圈的膨胀容易出现卡涩。当机组经过若干启停过程，线圈经过反复的膨胀、收缩后，卡涩就会自动消失。有的发电机初运行时存在较大的振动，而经过一个阶段运行后振动消失，原因就在于此。

为了使线圈能够自由膨胀，一些大型发电机在楔下垫条和护环的内壁涂有一层聚四氟乙烯的材料（称为滑动层），以减小接触面的摩擦力。如果滑动层损坏，使部分线圈膨胀受阻，也将引起转子的弯曲。

由于线圈受热后向两端膨胀，端部的膨胀量大，故膨胀不均匀的故障容易出现在转子两端。

04 匝间短路

引起转子线圈匝间短路的原因很多。例如由于线圈热胀冷缩及振动的影响，使匝间绝缘被磨损、脱落、位移等；由于线圈与绝缘材料的膨胀系数不同，也会使匝间绝缘破裂；有的机组因为线圈产生永久变形或端部垫块配合不好，端部线圈变形严重，引起各匝线圈端部之间的相撞或端部线圈倒塌。

空冷和氢冷发电机转子在线槽的直线部分开有通风孔，由于热胀冷缩，将使匝间绝缘位移，堵塞通风孔，引起局部过热。而过热又会加速绝缘老化。

匝间短路时，转子局部的温度可以达到近千度，这将破坏转子温度分布的对称性。

另一方面，短路产生的高温将使滑动层受到损坏，影响线圈的膨胀。所以存在匝间短路时，振动有时还会表现出线圈膨胀受阻的特点。

匝间短路还可能产生不均匀的磁拉力，也会引起振动的增加。

需要指出的是，匝间短路只有在比较严重的情况下才会在振动上反映出来，轻微的短路不一定影响到振动。有的发电机在检修时发现转子存在匝间短路，但运行中并没有发现振动异常，原因就在于此。