发电机热弯曲的诊断知识汇总

发电机热弯曲与发电机励磁电流有关，但运行过程中励磁电流一般随有功负荷的增加而增加。因此只要振动与负荷有关，属于热弯曲的可能性就很大。下面介绍详细的诊断方法。

01 振动与转子电流的关系

如果1X 振动的大小与转子电流（励磁电流）有关，则意味发电机转子存在热弯曲。

热弯曲是与转子温度有关的一种弯曲变形，发电机转子的温度取决于转子的发热量Q，而发热量又取决于转子电流

Q∞I²R

式中 I——转子电流；

R——电阻。

因此，在诊断发电机的热弯曲时，首先要观察1X振动与转子电流的关系。

振动与电流有关，并不意味着两者是一一对应的。如果热弯曲是由冷却系统的故障引起的，则两者的对应关系较好；如果热弯曲是由转子线圈膨胀故障引起，则两者的对应关系较差。

在诊断热弯曲的振动试验中，应该交替改变转子电流和有功负荷，观察振动的变化规律。试验时改变其中一项时，另一项保持不变，在振动稳定之后，改变另外一项。如果试验结果表明振动与电流有关，说明发电机存在热弯曲。

有的机组无法直接测量转子电流，但在有功负荷一定的条件下，转子电流与无功负荷相对应。因此，也可以通过测量振动与无功负荷的关系来判断热弯曲。西屋公司制订的该项试验的方案（该公司称为热稳定性试验）见表1。

表1 发电机热稳定性试验方案

需要注意的是：转子的发热量与转子电流是一一对应的，但是与无功负荷并不一一对应。无功负荷一定时，若有功负荷不同，转子电流是不同的，因而转子的发热量也不同。为了避免其他因素引起的混淆，在进行试验时最好直接观察振动与转子电流的关系。

02 不同热弯曲故障特征的差异

如上所述，引起发电机热弯曲的故障包括冷却系统故障、线圈膨胀受阻和匝间短路。下面比较这几种故障振动特征的差异。

1）冷却系统故障

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，引起转子的弯曲。由此引起的振动与转子电流和冷却介质的温度有关。诊断要点如下：

①振动与转子电流的关系。存在不均匀冷却时，振动（严格地讲，应该是振动变量）与转子电流有比较好的对应关系。从理论上讲，振动应与电流的平方成正比，从实测看也大体符合这个规律。

②停机过程的振动和转子的弯曲。在转子处于热态的情况下迅速解列停机，由于热弯曲尚未完全恢复，经过临界转速的振动通常比启动过程大；停机后立即测量转子的弯曲值，也将比开机前大。

③振动与冷却介质温度的关系。存在不均匀冷却时，冷却介质的温度越低，振动越大（严格地说应该是热变量越大）；反之，冷却介质的温度越高，振动越小。

这种规律似乎不符合常规的判断，但也不难理解。存在不均匀冷却时，随着冷却介质温度的升高，虽然转子的温度也会升高，但是转子径向温差却会减小，而转子的热弯曲取决于温差的大小。设想一种极端的情况，如果将介质的温度提高到与转子的温度相同，即相当于冷却系统退出运行，此时即便存在着冷却通道的堵塞，转子也不会出现温度不对称。

因此通过观察冷却介质的温度对振动的影响，就可以判断是否存在不均匀冷却。试验时，改变水温（水内冷机组）和氢温（氢内冷机组），然后测量振动的变化，进而判断是否存在不均匀冷却。对于双流式氢冷系统，还可以改变发电机某一侧氢冷器的温度测量振动，以判断不均匀冷却发生在转子的哪一端。

2）线圈膨胀受阻

转子电流越大、线圈的膨胀量越大，因此这种振动总体上也与电流的大小有关。但与冷却系统故障引起的振动比较，它又有若干明显不同的特点：

①振动与电流的不对应性。当线圈的膨胀受到约束时，振动可以迅速上升，这时振动随转子电流增大；但是如果电流继续增加，当膨胀力积累到一定程度时，线圈冲破约束膨胀出来使应力释放，振动反而降低。因此线圈膨胀受阻时，振动的大小与转子电流不是完全对应的。

②振动的不可逆性。由于摩擦力的存在，线圈受热时膨胀受阻，线圈冷却时收缩受阻，两者都可以引起转子的弯曲。所以当电流增加后振动上升；如果电流恢复到初始状态，振动不会完全恢复，往往比开始要高。

③振动的突变现象。当线圈的膨胀受到约束时，在某一时刻有的线圈冲破约束使应力释放，振动将发生突变；如果某一个线圈膨胀到一定程度后发生卡涩，而其他线圈仍能够自由膨胀，这时振动也会突变。

④降低转速的效应。出现这种振动之后，如果将转速降低，然后再定速和并网，振动将有所改善。

由于离心力（或摩擦力）与转速的平方成正比，当转速降低到一定程度之后，摩擦阻力将小于线圈的膨胀力，线圈就可以膨胀出来。再次并网后振动将明显改善。需要注意的是：整个过程要在转子仍处于热态的情况下完成。如果解列后拖延的时间过长，转子已经冷却（线圈也收缩回来），这时再定速和并网的话，振动将呈现原始状态。

⑤振动的可恢复性。有的发电机存在线圈膨胀受阻，在经过一段时间的运行后，可以膨胀出来，于是振动恢复正常。

3）匝间短路

匝间短路既可以破坏转子温度分布的对称性，又可以影响线圈的膨胀。但是从已有的观测看，对后者的影响是主要的。