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賀社水電站發(fā)電機電磁噪聲分析與處理

文檔作者：姜美武姜勇文檔來源：江山市峽口水庫管理局		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年08月30日
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第２９ 卷 第５ 期
２０１７ 年１０ 月
浙江水利水電學院學報
Ｊ．Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖ ｏｆ Ｗａｔ．Ｒｅｓ ＆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗ． ＶｏＯｌ．ｃ２ｔ９． ２０１Ｎ７ｏ．５ ＤＯＩ： １０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５－７０９２．２０１７．０５．００４
賀社水電站發(fā)電機電磁噪聲分析與處理
姜美武，姜 勇
（江山市峽口水庫管理局，浙江衢州 ３２４１１６）
摘 要：針對賀社水電站３ 臺６３０ ｋＷ 水輪發(fā)電機空載運行時產(chǎn)生的電磁噪聲過大問題，在對其電磁噪聲數(shù)據(jù)進行
實測的基礎上，就電磁噪聲過大的原因進行了分析、研究與判定，確定系發(fā)電機定子的固有頻率與磁場的激振力頻
率相近引起共振造成．采用加裝隔音外罩、磁極斜極改造等處理方案，均未取得預期效果，最終通過電磁計算，采用
改變發(fā)電機定子槽數(shù)的辦法，徹底解決了定、轉子槽的配合不當問題，將定子固有頻率與磁場的激振力頻率相近引
起共振造成的電磁噪聲控制在標準范圍之內．
關鍵詞：水輪發(fā)電機；電磁噪聲；頻率；共振
中圖分類號：ＴＭ３０１．４ 文獻標志碼：Ａ 文章編號：１００８ －５３６Ｘ（２０１７）０５－００１４－０４
Analysis and Solutions on Generator Electromagnetic
Noise in Heshe Hydropower Plant
ＪＩＡＮＧ Ｍｅｉ－ｗｕ， ＪＩＡＮＧ Ｙｏｎｇ
（Ｊｉａｎｇｓｈａｎ Ｘｉａｋｏｕ Ｒｅｓｅｒｖｉｏｒ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｂｕｒｅａｕ ， Ｑｕｚｈｏｕ ３２４１１６， Ｃｈｉｎａ）
Abstract：Ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎｓ ｏｆ ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｎｏｉｓｅ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ， ｓｔｕｄｉｅｄ ａｎｄ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ａｃｔｕａｌ ｍｅａｓ －
ｕｒｅｍｅｎｔ ｄａｔａ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ ｎｏ－ｌｏａｄ ｒｕｎｎｉｎｇ ｏｆ ３ ｓｅｔｓ ｏｆ ６３０ ｋＷ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｔｕｒｂｉｎｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ ｉｎ Ｈｅｓｈｅ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ ，
ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ ｔｈａｔ ｓｕｃｈ ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｎｏｉｓｅ ｉｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｓｉｎｃｅ ｔｈｅ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｆｏｒｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ
ｆｉｅｌｄｓ ｉｓ ｓｉｍｉｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｓｔａｔｏｒｓ ．Ｔｈｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ， ｓｕｃｈ ａｓ ｉｎｓｔａｌｌｉｎｇ ｔｈｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ ｏｒ
ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇ ｔｈｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐｏｌｅ ｔｏ ｓｋｅｗｅｄ ｐｏｌｅ ， ｆａｉｌｅｄ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｅｘｐｅｃｔｅｄ ｔａｒｇｅｔｓ ．Ｔｈｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ
ｓｔａｔｏｒ ｓｌｏｔ ｎｕｍｂｅｒ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｆｉｎａｌｌｙ ａｆｔｅｒ ｃａｒｒｙｉｎｇ ｏｕｔ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ， ｗｈｉｃｈ ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｓｏｌｖｅｓ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｐｅｒ
ｍａｔｃｈｉｎｇ ｏｆ ｓｔａｔｏｒ ｓｌｏｔ ａｎｄ ｒｏｔｏｒ ｓｌｏｔ， ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｓ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｎｏｉｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ａｂｏｖｅ －ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ
ｒｅａｓｏｎｓ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｒａｎｇｅ．
Key words：ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ； ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｎｏｉｓｅ； ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ； ｒｅｓｏｎａｎｃｅ
收稿日期：２０１７－０７－０６
作者簡介：姜美武（１９７１ －），男，浙江江山人，高級工程師，從事水電站技術管理工作．
1 概 況
賀社水電站原裝機２ ×８００ ｋＷ ＋１ ×６３０ ｋＷ，
總裝機容量為２ ２３０ ｋＷ．由于該電站長期出力不
足，加上已運行３０ ａ，電站機電設備老化嚴重．２０１２
年，電站對機電設備進行報廢重建，設計裝機３ ×
６３０ ｋＷ，水輪機型號為ＨＬＡ５５１ｃ ＷＪ ７１，配套發(fā)
電機型號為ＳＦＷ６３０ １０／１１８０．其中發(fā)電機主要參
數(shù)規(guī)格（見表１）．
表１ 發(fā)電機主要參數(shù)
型號
主要參數(shù)
額定功率／ｋＷ 額定頻率／Ｈｚ 額定電壓
（勵磁電壓） ／Ｖ
額定電流
（額定勵磁電流） ／Ａ
額定轉速
（飛逸轉速） ／（ｒ／ｍｉｎ）
ＳＦＷ６３０ １０／１１８０ ６３０ ５０ ６ ３００（６５） ７２．１（２２５） ６００（１ ０５０） 萬方數(shù)據(jù)
2 發(fā)電機噪聲的產(chǎn)生與測定
2．1 發(fā)電機噪聲的產(chǎn)生
２０１３ 年１ 月２１ 日，機組安裝完成后，安裝調試
人員在對三臺發(fā)電機動態(tài)調試中發(fā)現(xiàn)發(fā)電機運轉
時聲音異常，噪聲超標．
（１）發(fā)電機在額定轉速空轉時聲音正常，但加
載勵磁電流后電磁噪音便出現(xiàn)異常增大．
（２）首先對１＃ 機勵磁零啟升壓建壓，當電壓升
到２ ０００ Ｖ 時，發(fā)電機開始出現(xiàn)異常的電磁噪聲；升
至４ ０００ Ｖ 時，開始出現(xiàn)電磁嘯叫；升至額定電壓
時，嘯聲進一步加?。?
（３）發(fā)電機空載額定電壓時最大噪聲＞１００ ｄＢ，
遠遠超過合同所規(guī)定的８５ ｄＢ 及國家所規(guī)定的相關
標準．（
４）在隨后的動態(tài)調試中，發(fā)現(xiàn)２＃ 、３＃ 機也存在
同樣的電磁嘯叫現(xiàn)象．
2．2 發(fā)電機噪聲的測定
２０１３ 年１ 月２３ 日，電站業(yè)主委托第三方檢測
機構來現(xiàn)場進行電磁噪聲實測，不同工況下的噪聲
實測數(shù)據(jù)（見表２）．
表２ １＃ 、２＃ 、３＃發(fā)電機電磁噪聲實測數(shù)據(jù)單位：ｄＢ
電機工況測點機組編號測點１（機組上游） 測點２（機組下游） 測點３（機組后導） 測點４（蝸殼端）
空轉，額定轉速
（nN ＝６００ ｒ／ｍｉｎ）
空載，額定轉速
（UN ＝６ ３００ Ｖ，nN ＝６００ ｒ／ｍｉｎ）
１＃機 ７６．６ ７８．３ ７５．７ ７７ ２＃機 ７７．１ ７８．４ ７４．９ ７７．５ ３＃機 ７６．４ ７８．２ ７５．６ ７７．１ １＃機 １０６．６ １０７．３ １００．３ １０６．１ ２＃機 １００．４ １０８．３ １００．８ １０３ ３＃機 １０３．５ １０７．１ １００．３ １０３．４ 注：各測點距水輪發(fā)電機組水平距離為１ ｍ，距離地面高度為０．８９ ｍ（即發(fā)電機中心高度）
3 發(fā)電機噪聲原因分析與判定
3．1 產(chǎn)生電機噪聲初步原因
電機在正常運行中，電機噪聲通常由機械、通
風、電磁等三種原因產(chǎn)生，最終形成一個不同頻率、
不同聲強的疊加噪聲．引起外部和內部的電機噪聲
影響因素有很多，但只有電機噪聲達到了一定程度
才能稱作噪音［１］ ．
根據(jù)噪聲實測數(shù)據(jù)分析，空轉工況下測定數(shù)據(jù)
基本在正常范圍內，而且整個過程中水輪發(fā)電機組
也無明顯的異常振動等情況，且三臺機組具有相同
的共性問題，可以判斷：
（１）該異常噪聲與水力機械、機組安裝等也可
能引起噪聲的因素無關．
（２）電機在額定轉速下空轉時并未出現(xiàn)異常噪
聲，說明機械和通風噪聲并非是造成異常噪聲的主
要聲源．
（３）發(fā)電機在空載狀態(tài)下，電機噪聲出現(xiàn)了明
顯的異常增大，且隨著電壓的升高噪聲也相應加
大，說明異常噪聲系電機的電磁噪聲造成．
初步分析發(fā)現(xiàn)：產(chǎn)生電機噪聲是因為發(fā)電機定
子鐵心采用沖片開槽．當發(fā)電機處于空載時，由于
有氣隙磁場的出現(xiàn)，轉子主極磁場產(chǎn)生的電磁力會
使鐵心產(chǎn)生齒頻脈動，從而產(chǎn)生了電磁噪聲．電磁
噪聲數(shù)值大小決定于電磁負荷與電機的設計參數(shù)，
主要有定、轉子槽的配合不當，定、轉子偏心或氣隙
過小以及長度不一致等原因［２ －３］ ．
3．2 產(chǎn)生電磁噪聲的進一步判定
２０１３ 年２ 月，將其中一臺發(fā)電機返廠，在工廠
完成組裝并進行拖動空載建壓試驗，對電機產(chǎn)生的
電磁噪聲作進一步試驗與分析．
（１）先將轉子拖動到額定轉速６００ ｒ／ｍｉｎ，再對
轉子逐步勵磁建壓，實際建壓到３ ０００ Ｖ 后開始出
現(xiàn)較大的電磁噪聲．
（２）先對轉子將勵磁加到額定值，再拖動轉子轉
速逐步升高，試驗證明在０ ～５４０ ｒ／ｍｉｎ，６４０ ｒ／ｍｉｎ 以
上均沒有出現(xiàn)異常的電磁噪聲，在５４０ ～６４０ ｒ／ｍｉｎ 之
間，電磁噪聲明顯增加．
根據(jù)試驗情況，可以進一步得出：發(fā)電機產(chǎn)生
異常的電磁噪聲是由于發(fā)電機定子的固有頻率與
磁場的激振力頻率相近而引起的共振造成的噪聲．
第５ 期 姜美武等：賀社水電站發(fā)電機電磁噪聲分析與處理 １５
萬方數(shù)據(jù)
4 降低電機噪聲的處理試驗及結果
4．1 裝隔音外罩及磁極斜極改造方法進行現(xiàn)場處理
現(xiàn)場采用加裝隔音外罩及磁極斜極改造等方
法進行降噪處理，過程與結果分析如下：
（１）首先采用加裝吸音泡沫塑料等制成的外罩
對發(fā)電機上部空間進行噪聲隔離，以期降低噪聲，
但效果不佳，反而增加了電機及軸承的溫升，遂予
以放棄．
（２）根據(jù)其它案例成功應用經(jīng)驗，采用斜極能
有效地削弱諧波磁場引起的附加轉矩和電磁噪
聲［４ －５］ ．將電機轉子磁極傾斜１ 個定子齒距，改為斜
極，以減小其平均徑向力，改善定子齒諧波振動，從
而降低齒諧波噪聲，具體改造示意圖（見圖１）．
圖１ 磁極斜極改造示意圖
但該方案由于未避開定子固有頻率和電磁力
的頻率共振，也沒有取得預期效果．
4．2 返廠對原定、轉子氣隙磁場進行改造處理
電磁噪聲是由氣隙的高次諧波磁通密度產(chǎn)生
的徑向力作用所產(chǎn)生，常規(guī)上可以通過增大氣隙來
減小磁通密度，從而減小噪聲．
（１）先期采用擴大定、轉子空氣隙１ ｍｍ 的改造
方案．即將轉子外圓整體車?。?ｍｍ，希望可以改善
磁場波形，削弱齒諧波，但實際的改造效果對電磁
嘈聲的減小并不明顯．
（２）對定子機座加焊環(huán)筋，對鐵芯與機座筋板
進行分段焊接，并將定子槽楔改為磁性槽楔，降低
磁通密度，仍沒有獲得預期的效果．
4．3 重新改變定子槽數(shù)
該發(fā)電機的定子基本嵌線數(shù)據(jù)（見表３）；定子
接線圖（見圖２）．
表３ 原定子嵌線數(shù)據(jù)
電壓／Ｖ 槽數(shù)節(jié)距循環(huán)數(shù)接法并聯(lián)路數(shù)每極每相槽數(shù)
６ ３００ ８４ １ ～８ ３３ ３３２ Ｙ １ q ＝２ ＋４／５ 圖２ 定子接線圖
（１）發(fā)電機定子固有振動頻率的計算
發(fā)電機定子固有振動頻率fnr 的計算公式［６］ ：
１６ 浙江水利水電學院學報 第２９ 卷
萬方數(shù)據(jù)
fnr ＝ r（r２ －１）
２Π r２ ＋１
Eh３
１２mR４c
＝９６ ２７０h
D２c
f（r） １
Δ
（１）
式中：fnr— 定子固有振動頻率，Ｈｚ；
r— 力波次數(shù)；
h— 鐵心軛高，ｃｍ；
Rc— 鐵心軛平均半徑，ｃｍ；
Dc— 鐵心軛平均直徑，ｃｍ；
E— 彈性模量（?。玻?×１０６ ｋｇｆ／ｃｍ２ ）；
m— 軛單位圓柱表面的平均質量（包括
齒與繞組），ｋｇｆ· ｓ２ ／ｃｍ３．
f（r） ＝r（r２ －１）
r２ ＋１ （２）
Δ＝GCM１ ＋GE１ ＋GC１
GC１ （３）
式中：GCM１ 、GE１ 、GC１ 分別為定子繞組、齒及軛的
重量／ｋｇ．
（２） 電磁噪聲振動頻率的計算
① 定、轉子基波磁場產(chǎn)生的噪聲：基波磁場產(chǎn)生
的振動力波次數(shù)r ＝２p ＝１０，所產(chǎn)生的噪聲頻率為
１００ Ｈｚ，力波階數(shù)較高，不會是電機高噪聲的主因［６］ ．
② 電樞反應分數(shù)諧波磁場（即定子次諧波磁
場） 和轉子基波、諧波磁場所產(chǎn)生的振動和噪聲：
γ＝ ６k
d ＋１ p（k ＝±１， ±２， ±３，??） （４）
式中：正、負號分別代表諧波的順、逆轉向；d 為
q ＝b ＋cd
中不可約分數(shù)的分母．
這些諧波中，極對數(shù)小于主磁場極對數(shù)的分數(shù)
諧波稱為低次諧波．次數(shù)最接近基波的諧波將與勵
磁基波磁場相互作用產(chǎn)生頻率為１００ Ｈｚ，力波次數(shù)
可能小于２p 的徑向電磁力．而低階力波則會引起電
機產(chǎn)生１００ Ｈｚ 的較為強烈的振動和噪聲．
同樣，一系列γ次定子諧波也將與μ次勵磁場
諧波相互作用，產(chǎn)生r ＝｜μ±γ｜次力波，并引起f ＝
１
２Π（ωμ ＋ω１ ） 次頻率的振動和噪聲，式中ω１ 、ωμ分
別為基波和μ次諧波的角速度［６］ ．
（３）共振效應
由上可以得知，正是因為該發(fā)電機一階齒諧波
磁場與轉子勵磁諧波磁場生成了｜r ｜次電磁力波，此
力波的振動頻率與定子鐵心固有振動頻率相接近，
從而形成了共振效應，并產(chǎn)生了異常的電磁噪聲．
找出真正原因后，對發(fā)電機重新進行了電磁計算，
將定子原槽數(shù)從８４ 槽更改為９０ 槽，徹底解決了定、
轉子槽的配合不當問題，投運后，電機聲音轉為正
常，均未超過８５ ｄＢ．
5 結 語
賀社水電站最終通過改變發(fā)電機定子槽數(shù)的
辦法，成功地解決了定子固有頻率與磁場的激振力
頻率相近引起共振造成的電磁噪聲，本站的處理經(jīng)
驗可供類似發(fā)電機電磁噪聲處理提供參考．
參考文獻：
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１９８５ （２）：２２ －３０．
第５ 期 姜美武等：賀社水電站發(fā)電機電磁噪聲分析與處理 １７

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