励磁机是为发电机提供励磁电流以建立磁场 的设备，其转子和发电机转子由联轴器连接。在电 力生产过程中，由于励磁机振动故障而影响发电机 组安全稳定运行的事例并不少见。由于励磁机振动故障成因复杂，现场进行励磁机转子振动故障处 理时，应结合其平衡特点，根据励磁机转子的实际 振动特征来分析处理。 1 励磁机平衡特点

励磁机可以分为有刷励磁机和无刷励磁机2 种。因为转子结构的不同，有刷励磁机与无刷励磁 机进行振动平衡的处理方法也明显不同。 1.1 有刷励磁机

有刷励磁机实际是1台交流电动机，其励磁电 流由同轴的副励磁机经整流器整流后供给。有刷 励磁机配置了电刷和集电环，其作用是将励磁电流 引入旋转中的励磁绕组^{[1, 2, 3]}。发电机的副励磁机为 永磁中频发电机。进行有刷励磁机振动平衡工作 时需注意以下事项。 1.1.1 平衡原则

励磁机转子质量较发电机转子小，如果同时存 在发电机和励磁机振动均大的情况，其平衡原则是 先平衡发电机，然后再确定是否平衡励磁机^[4]。 1.1.2 临界转速的判断

在平衡励磁机时，首先要依据升速特性判断临 界转速。 1.1.3 加重位置的选择

有刷励磁机转子基本可以看作是对称转子，在 转子两端的护环或风扇叶轮上有平衡槽，也可以选 择励磁机与发电机的联轴器作为加重位置，具体需 要根据振动特征加以判断选择。 1.1.4 不平衡灵敏度低

因励磁机对试加重快质量的灵敏度较低，在励 磁机转子进行平衡处理时，每侧的加重质量一般都 不小于80 g^{[4, 5]}。 1.2 无刷励磁机

无刷励磁机的交流励磁机为旋转电枢型结构， 电枢电流通过装在同轴的旋转整流器整流后引至 发电机的励磁绕组。无刷励磁机不需要电刷和集 电环装置，硅整流器件、熔断器、电容、电阻等装在 旋转整流器上，运行过程中一直处于高速旋转状 态，承受着相当大的离心力。无刷励磁机的振动和 平衡有以下特点。 1.2.1 转子为柔性转子

无刷励磁机的转子质量和跨度都比较大，转子 的临界转速一般低于3000 r/min，属于柔性转子^[4]。 1.2.2 转子具有非对称性

虽然无刷励磁机的转子是非对称转子，但平衡 对称转子的基本原则对无刷励磁机转子也适用，可 根据具体情况灵活掌握^{[4, 5]}。 1.2.3 加重位置多

无刷励磁机转子可供加重的位置较多，在进行 平衡处理时，确定加重质量时应注意这些位置加重 半径的不同。 1.2.4 不平衡灵敏度高

无刷励磁机转子轴承的阻尼较小，不平衡灵敏 度较高^[4]。转子在临界转速下振幅值高，工作转速 下振动波动大，容易出现振动超标问题。 2 励磁机振动故障处理实例 2.1 机组结构简介

某火力发电厂4号机组为长江动力集团有限公 司武汉汽轮发电机厂生产的C25-8.83/0.49型凝汽 式汽轮机。机组轴系由高中压转子、发电机转子和 励磁机转子连接而成，轴系结构示意图见图 1所示。

图 1(Figure 1)

图 1 机组轴系结构示意图

机组励磁机结构示意图如图 2所示。励磁机转 子共有编号分别为P1—P4的4个配重平面。

图 2(Figure 2)

图 2 励磁机结构及配重平面示意图

对4号机组进行了振动测试分析试验，试验时 在转子裸露部分水平位置架设了光电传感器作为 键相探头，分别在4号、5号轴瓦水平、垂直方向架设 了速度探头测量振动幅值。机组启动冲车过程中， P₄ 平面、5 号瓦振动在转速为2200 r/min时开始爬 升；在2900 r/min升至3000 r/min过程中急剧爬升； 定速3000 r/min时机组原始振动记录数据见表 1所 示。

表 1(Table 1)

表 1 机组原始振动记录数据 μm/μm∠（°）

表 1 机组原始振动记录数据 μm/μm∠（°）

振动测试试验过程中，通过分析试验数据，发 现机组振动存在以下特征：

（1） 从频谱看，励磁机定子外壳的P₄面及5号 瓦处的振动以较稳定的基频强迫振动为主。

（2） 经检测，发现励磁机定子台板处存在20~ 30 μm的水平振动，反映出励磁机转子存在一定的 质量不平衡^{[6, 7]}；同时说明其定子外壳和5号瓦支撑 系统刚度不足，水平方向尤为明显^[8]。

基于上述分析，决定对该励磁机转子进行现场 动平衡配重处理。 2.2.2 动平衡试验 2.2.2.1 机组首次配重后振动情况

首次配重方案：在整流盘后侧（P₃截面）90°位置 处试加重块150 g。机组首次配重后启动冲车，定速 3000 r/min时的振动数据见表 2所示。

表 2(Table 2)

表 2 机组第1次启动振动数据 μm/μm∠（°）

表 2 机组第1次启动振动数据 μm/μm∠（°）

经分析计算，第2次配重方案确定为：在整流盘 后侧（P₃截面）100°位置处试加重块210 g，在P₅平面 100°位置处试加重块240 g。机组第2次启动冲车， 定速3000 r/min后的振动数据见表 3所示。

表 3(Table 3)

表 3 机组第2次启动后振动数据 μm/μm∠（°）

表 3 机组第2次启动后振动数据 μm/μm∠（°）

机组第2次启动定速3000 r/min时，振动具有以 下特征：

（1） 从表 3数据可以看出，第2次配重效果不 理想；

（2） 各个测点水平方向振动值与垂直方向振 动值存在巨大差别，表明该励磁机定子和5号瓦的 水平刚度过于薄弱，导致振动配重数据的非线性变 化^{[7, 8, 9, 10]}。

经分析，决定保留整流盘后侧（P₃截面）的重块 （100°，210 g）不变，取消P₅平面的配重块后再启动 机组。 2.2.2.3 第3次启动后振动情况

取消P₅平面的配重块后，再次启动机组，定速 3000 r/min时的振动数据见表 4所示。

表 4(Table 4)

表 4 机组第3次启动后振动数据 μm/μm∠（°）

表 4 机组第3次启动后振动数据 μm/μm∠（°）

机组第3次启动定速3000 r/min时的振动特征：

（1） 对比表 1、表 4可以看出，通过动平衡，机组 P₄截面水平、垂直振动分别由277/270∠12和70/19 ∠70下降至83/80/49和9/5/N；5号瓦水平、垂直振动 值分别由195/190∠345和70/50∠116下降至60/59/ 46和15/7/126，振动幅值下降明显；

（2） 与机组原始振动值相比，经动平衡处理 后，机组各测试位置的振动值均明显降低，动平衡 效果显著，可以保证机组长期安全稳定运行。 2.2.3 振动故障原因及建议

通过对机组振动故障现象及历次振动试验数 据进行分析，认为该机组励磁机定子和5号瓦振动 偏大的主要原因为励磁机转子质量不平衡，以及其 定子外壳和5号瓦支撑系统（尤其水平方向）的刚度 较低^{[10, 11, 12]}。

由于机组支撑刚度薄弱问题较难治理，但可以 通过采取现场动平衡降低激振力的处理方法，减小 机组振动幅值，本次处理工作取得了较好的消振效 果。建议利用合适的检修机会，对5号瓦和励磁机 定子的基础进行彻底排查治理，设法提高其刚度， 以彻底解决机组振动问题。 3 结语

由于励磁机轴承所处的位置比较特殊，其振动 情况既有一般转动机械与材质、质量平衡、对轮中 心、连接螺栓紧力不足、临界转速等有关的特点，又 与发电机转子的工作状态密切相关，易受发电机有 功负荷、不平衡磁场、发电机转子热不平衡等因素 的影响^{[1, 4]}。同时，由于励磁机转子存在较多的活动 部件，可能会因位移引起不平衡振动，还可能因基础薄弱、吊装不慎等因素导致轴承支持刚度下降而 出现结构共振等问题^{[11, 12]}。本文通过对某发电机组 励磁机运行过程中出现的振动故障现象进行分析， 确定了振动成因，通过采取现场动平衡等措施，降 低了机组的振动幅值，可供其他电厂处理机组类似 振动故障时参考。