汽轮发电机组轴系扭转振动测试陈勇（南京林业大学机械电子工程学院，江苏南京210037）技术要点。试验结果表明，稳态不对称短路变频激振法不仅能够测得轴系低阶固有频率，而且能够测得一些高阶频率。
为防止汽轮发电机组的扭振破坏，从设计制造阶段开始就应进行尽可能准确的分析计算，掌握和控制其扭振特性。但由于汽轮发电机组结构、扭振模式和机理的复杂性，使得任何理论分析和计算都或多或少存在误差，这就要靠模拟和实机试验来修正轴系扭振试验主要测试轴系的固有频率及振型。测试是通过一定的测量方法在轴系运转过程中，消除平均角速度影响的基础上，测取由交变角速度引起的交变弧长（或扭角）及其扭振交变角速度（或频率）所测得的动态过程可以是测点处扭振的角位移变化规律，也可以是该点的扭应变（应力）变化的规律。
测试方法1.1激振现场试验时，为根据响应测出固有频率，必须人为激起轴系做扭转振动。国内外的理论分析与试验研究表明，主要可采用5种机械或电气激振方法：盘车起合激振；并网激振；起合串补电容激振；稳态不对称短路变频激振；励磁变频激振。
稳态不对称短路变频激振就是在汽轮机升、降速过程中施加远小于额定值的励磁电流，再使发电机直接或通过一外接阻抗进行不对称短接或负载运行，从而产生一负序电流分量，此分量电流将产生一反向旋转磁场，它和正向旋转的转子磁场相互作用，产生一个两倍基频的交变扭矩，从而激起轴系扭振。这是一种稳态激振。
采用稳态不对称短路变频激振进行测试时只涉及机组本身，与电网无关，因此可以避免在机、网联*：2001―合运行时给测试带来的影响。测试时需注意：（1）升降速过程中速度变化不宜太快。至少在可能的固有频率（计算值）相对应的转速附近，转速变化要慢，以便产生有效的共振现象，以利于测量与分析；（2）从测试角度看，希望稳态不对称短路产生的负序电流大些，较大的负序电流产生较大的电磁转矩，容易激起轴系扭振。但出于对发电机的安全考虑，负序电流的大小又必须限定在一定的范围内。对于200MW机组，通常负序电流的标幺值小于7% ~10%；（3）从电气故障反推可以知道，能使定子中出现负序磁场的方法有多种。就线路接线方式而言，可以单相接地（或加电阻，或电感负载）两相短路（或力口电阻，或电感负载）。短路点可以选在升压变压器（主变）的高压侧，还可以在厂高变的低压侧；（4）提供励磁电流的方式有3种，即机组自身励磁系统、备励和外接励磁电源。
1.2扭振信号测量扭振信号测量方法有接触测量和非接触测量。接触测量的优点是能直接测得轴的应力，缺点是信噪比低，测量精度低，使用寿命有限。国内在现场扭振测量中一般不采用这种方法。非接触测量则采用的不均匀脉冲信号，通过二次仪表的解调处理后达到测量扭振的目的。在扭振试验中该方法多被采用，它的优点是简单可靠，可以用于长期监测，但该方法测得的是角位移，需经过换算才得到扭应力。
1.测点布置测点布置是实机测试中的重要环节，测点位置选择妥当与否，直接关系到测试结果的准确性。由振动分析可知，在机组轴系扭振系统中，各轴段的扭振振幅各不相同，结点附近的扭振角位移幅值很小，而扭应变（应力）很大。采用非接触测齿轮测量时，往往希望齿轮一探头拾振装置置于角位移幅值较大处；而用应变仪直接测取轴段扭应变时，则应将应变片贴在较大扭应变轴段上。因此，在实机测试前最好对该机组轴系进行扭振特性计算，结合其振型来选择测点，使扭振测量得到较好的效果。但实机测试点布置受到机组轴系结构等因素的限制，上述要求无法全部满足。因此在测点布置时应根据机组轴系的实际情况，结合轴系扭振特性的理论分析计算综合考虑多方面问题1.4扭振测试系统测试系统主要由传感器或应变仪、扭振分析仪、记录仪和示波器等组成。采用非接触测齿法测量扭振角位移时，选用磁电式、涡流式或光电式传感器，扭应变（应力）测试中选用电阻式应变片。扭振分析仪将传感器或应变片输出的微弱扭振信号进行整形、放大、滤波等处理后，显示和输出扭振角位移或扭应变的幅值。试验中常用磁带记录仪记录扭振信号。
实机测试D发电厂1机是1984年东方汽轮机厂生产的N200低压转子、发电机转子和励磁机转子。轴系简图参见。
试验采用稳态不对称短路变频激振。实施时，发电机与电网解列，在主变高压侧人为造成B、C两相短路。然后改变转速以获得不同频率的激励，同时测量记录轴系扭振响应，从而确定其扭振固有频率和振型。
轴向位置测点特征传感器类型测速齿轮齿轮磁阻式传感器盘车齿轮齿轮磁阻式传感器接长轴4瓦侧反光带光电传感器5.6瓦间轴段反光带光电传感器主励磁机前对轮反光带光电传感器主励磁机后轴颈齿轮磁阻式传感器试验时使用两通道扭振记录分析仪，频率范围是0.2~2500Hz；磁带记录仪为21通道，频率范围是0~5kHz，试验时带速为19.0cm/s.轴系上采用6个测点布置见表1，测试与计算结果见表2.由试验结果可以看出，试验不仅成功地测出低阶固有频率，而且测得了一些高阶固有频率。其中，第4阶固有频率50.70Hz位于要求避开的频率范围之内；在97 ~104Hz之内不存在固有频率，轴系的扭振频率在2倍频区间是合格的。
在对发电机转子施加2倍频激振条件下，不仅表2测试与计算结果容易激起低阶模态，16.阶次测试值计算值119.17激振方法相比，能激起较多的高阶模态。
但出于机组安全考虑，负序电流只能控制在较小值，更高阶的模态不易被激起。进一步分析可知，轴系各阶扭振共振响应并非在任意形式的激励下都可以全部被激起来，和横向振动一样。南京：东南大学出版社，1994：刘英哲。汽轮发电机组扭转振动。南京：东南大学出版社，1997.陆颂元。汽轮发电机组振动。南京：东南大学出版社，1998.哈尔滨汽轮机厂。20万千瓦汽轮机的结构。北京：水利电力出版社，1992陈勇。汽轮发电机组轴系不平衡振动响应。南京林业大学学报，2000简讯（责任编辑李燕文）林木遗传和基因工程重点实验室列入江苏省重点建设计划根据江苏省高校重点实验室项目建设的要求，江苏省教育厅于2001年10月26日对我校林木遗传和基因工程重点实验室进行了专家论证。
经专家论证和实地考察，认为该实验室建设目标和研究方向明确，立足本学科前沿，实验室布局合理，研究力量雄厚，并具有先进的研究手段和良好的工作基础。建议列入江苏省重点实验室建设计划。
近日江苏省教育厅正式批准我校“林木遗传和基因工程重点实验室”在“十五”期间列入省级重点实验室建设计划。
（科技处）