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賀社水電站發(fā)電機(jī)電磁噪聲分析與處理

文檔作者：姜美武姜勇文檔來(lái)源：江山市峽口水庫(kù)管理局		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)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(xué)院學(xué)報(bào)
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(jī)電磁噪聲分析與處理
姜美武，姜 勇
（江山市峽口水庫(kù)管理局，浙江衢州 ３２４１１６）
摘 要：針對(duì)賀社水電站３ 臺(tái)６３０ ｋＷ 水輪發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的電磁噪聲過(guò)大問(wèn)題，在對(duì)其電磁噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行
實(shí)測(cè)的基礎(chǔ)上，就電磁噪聲過(guò)大的原因進(jìn)行了分析、研究與判定，確定系發(fā)電機(jī)定子的固有頻率與磁場(chǎng)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(yù)期效果，最終通過(guò)電磁計(jì)算，采用
改變發(fā)電機(jī)定子槽數(shù)的辦法，徹底解決了定、轉(zhuǎn)子槽的配合不當(dāng)問(wèn)題，將定子固有頻率與磁場(chǎng)的激振力頻率相近引
起共振造成的電磁噪聲控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)．
關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)；電磁噪聲；頻率；共振
中圖分類(lèi)號(hào)：ＴＭ３０１．４ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ 文章編號(hào)：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(jiǎn)介：姜美武（１９７１ －），男，浙江江山人，高級(jí)工程師，從事水電站技術(shù)管理工作．
1 概 況
賀社水電站原裝機(jī)２ ×８００ ｋＷ ＋１ ×６３０ ｋＷ，
總裝機(jī)容量為２ ２３０ ｋＷ．由于該電站長(zhǎng)期出力不
足，加上已運(yùn)行３０ ａ，電站機(jī)電設(shè)備老化嚴(yán)重．２０１２
年，電站對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行報(bào)廢重建，設(shè)計(jì)裝機(jī)３ ×
６３０ ｋＷ，水輪機(jī)型號(hào)為ＨＬＡ５５１ｃ ＷＪ ７１，配套發(fā)
電機(jī)型號(hào)為ＳＦＷ６３０ １０／１１８０．其中發(fā)電機(jī)主要參
數(shù)規(guī)格（見(jiàn)表１）．
表１ 發(fā)電機(jī)主要參數(shù)
型號(hào)
主要參數(shù)
額定功率／ｋＷ 額定頻率／Ｈｚ 額定電壓
（勵(lì)磁電壓） ／Ｖ
額定電流
（額定勵(lì)磁電流） ／Ａ
額定轉(zhuǎn)速
（飛逸轉(zhuǎn)速） ／（ｒ／ｍｉｎ）
ＳＦＷ６３０ １０／１１８０ ６３０ ５０ ６ ３００（６５） ７２．１（２２５） ６００（１ ０５０） 萬(wàn)方數(shù)據(jù)
2 發(fā)電機(jī)噪聲的產(chǎn)生與測(cè)定
2．1 發(fā)電機(jī)噪聲的產(chǎn)生
２０１３ 年１ 月２１ 日，機(jī)組安裝完成后，安裝調(diào)試
人員在對(duì)三臺(tái)發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)調(diào)試中發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)
時(shí)聲音異常，噪聲超標(biāo)．
（１）發(fā)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速空轉(zhuǎn)時(shí)聲音正常，但加
載勵(lì)磁電流后電磁噪音便出現(xiàn)異常增大．
（２）首先對(duì)１＃ 機(jī)勵(lì)磁零啟升壓建壓，當(dāng)電壓升
到２ ０００ Ｖ 時(shí)，發(fā)電機(jī)開(kāi)始出現(xiàn)異常的電磁噪聲；升
至４ ０００ Ｖ 時(shí)，開(kāi)始出現(xiàn)電磁嘯叫；升至額定電壓
時(shí)，嘯聲進(jìn)一步加?。?
（３）發(fā)電機(jī)空載額定電壓時(shí)最大噪聲＞１００ ｄＢ，
遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)合同所規(guī)定的８５ ｄＢ 及國(guó)家所規(guī)定的相關(guān)
標(biāo)準(zhǔn)．（
４）在隨后的動(dòng)態(tài)調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)２＃ 、３＃ 機(jī)也存在
同樣的電磁嘯叫現(xiàn)象．
2．2 發(fā)電機(jī)噪聲的測(cè)定
２０１３ 年１ 月２３ 日，電站業(yè)主委托第三方檢測(cè)
機(jī)構(gòu)來(lái)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行電磁噪聲實(shí)測(cè)，不同工況下的噪聲
實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（見(jiàn)表２）．
表２ １＃ 、２＃ 、３＃發(fā)電機(jī)電磁噪聲實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)單位：ｄＢ
電機(jī)工況測(cè)點(diǎn)機(jī)組編號(hào)測(cè)點(diǎn)１（機(jī)組上游） 測(cè)點(diǎn)２（機(jī)組下游） 測(cè)點(diǎn)３（機(jī)組后導(dǎo)） 測(cè)點(diǎn)４（蝸殼端）
空轉(zhuǎn)，額定轉(zhuǎn)速
（nN ＝６００ ｒ／ｍｉｎ）
空載，額定轉(zhuǎn)速
（UN ＝６ ３００ Ｖ，nN ＝６００ ｒ／ｍｉｎ）
１＃機(jī) ７６．６ ７８．３ ７５．７ ７７ ２＃機(jī) ７７．１ ７８．４ ７４．９ ７７．５ ３＃機(jī) ７６．４ ７８．２ ７５．６ ７７．１ １＃機(jī) １０６．６ １０７．３ １００．３ １０６．１ ２＃機(jī) １００．４ １０８．３ １００．８ １０３ ３＃機(jī) １０３．５ １０７．１ １００．３ １０３．４ 注：各測(cè)點(diǎn)距水輪發(fā)電機(jī)組水平距離為１ ｍ，距離地面高度為０．８９ ｍ（即發(fā)電機(jī)中心高度）
3 發(fā)電機(jī)噪聲原因分析與判定
3．1 產(chǎn)生電機(jī)噪聲初步原因
電機(jī)在正常運(yùn)行中，電機(jī)噪聲通常由機(jī)械、通
風(fēng)、電磁等三種原因產(chǎn)生，最終形成一個(gè)不同頻率、
不同聲強(qiáng)的疊加噪聲．引起外部和內(nèi)部的電機(jī)噪聲
影響因素有很多，但只有電機(jī)噪聲達(dá)到了一定程度
才能稱作噪音［１］ ．
根據(jù)噪聲實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，空轉(zhuǎn)工況下測(cè)定數(shù)據(jù)
基本在正常范圍內(nèi)，而且整個(gè)過(guò)程中水輪發(fā)電機(jī)組
也無(wú)明顯的異常振動(dòng)等情況，且三臺(tái)機(jī)組具有相同
的共性問(wèn)題，可以判斷：
（１）該異常噪聲與水力機(jī)械、機(jī)組安裝等也可
能引起噪聲的因素?zé)o關(guān)．
（２）電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下空轉(zhuǎn)時(shí)并未出現(xiàn)異常噪
聲，說(shuō)明機(jī)械和通風(fēng)噪聲并非是造成異常噪聲的主
要聲源．
（３）發(fā)電機(jī)在空載狀態(tài)下，電機(jī)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(yīng)加
大，說(shuō)明異常噪聲系電機(jī)的電磁噪聲造成．
初步分析發(fā)現(xiàn)：產(chǎn)生電機(jī)噪聲是因?yàn)榘l(fā)電機(jī)定
子鐵心采用沖片開(kāi)槽．當(dāng)發(fā)電機(jī)處于空載時(shí)，由于
有氣隙磁場(chǎng)的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)子主極磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁力會(huì)
使鐵心產(chǎn)生齒頻脈動(dòng)，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(fù)荷與電機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，
主要有定、轉(zhuǎn)子槽的配合不當(dāng)，定、轉(zhuǎn)子偏心或氣隙
過(guò)小以及長(zhǎng)度不一致等原因［２ －３］ ．
3．2 產(chǎn)生電磁噪聲的進(jìn)一步判定
２０１３ 年２ 月，將其中一臺(tái)發(fā)電機(jī)返廠，在工廠
完成組裝并進(jìn)行拖動(dòng)空載建壓試驗(yàn)，對(duì)電機(jī)產(chǎn)生的
電磁噪聲作進(jìn)一步試驗(yàn)與分析．
（１）先將轉(zhuǎn)子拖動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速６００ ｒ／ｍｉｎ，再對(duì)
轉(zhuǎn)子逐步勵(lì)磁建壓，實(shí)際建壓到３ ０００ Ｖ 后開(kāi)始出
現(xiàn)較大的電磁噪聲．
（２）先對(duì)轉(zhuǎn)子將勵(lì)磁加到額定值，再拖動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)
速逐步升高，試驗(yàn)證明在０ ～５４０ ｒ／ｍｉｎ，６４０ ｒ／ｍｉｎ 以
上均沒(méi)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(yàn)情況，可以進(jìn)一步得出：發(fā)電機(jī)產(chǎn)生
異常的電磁噪聲是由于發(fā)電機(jī)定子的固有頻率與
磁場(chǎng)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(jī)電磁噪聲分析與處理 １５
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
4 降低電機(jī)噪聲的處理試驗(yàn)及結(jié)果
4．1 裝隔音外罩及磁極斜極改造方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理
現(xiàn)場(chǎng)采用加裝隔音外罩及磁極斜極改造等方
法進(jìn)行降噪處理，過(guò)程與結(jié)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(duì)發(fā)電機(jī)上部空間進(jìn)行噪聲隔離，以期降低噪聲，
但效果不佳，反而增加了電機(jī)及軸承的溫升，遂予
以放棄．
（２）根據(jù)其它案例成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，采用斜極能
有效地削弱諧波磁場(chǎng)引起的附加轉(zhuǎn)矩和電磁噪
聲［４ －５］ ．將電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極傾斜１ 個(gè)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(dòng)，從
而降低齒諧波噪聲，具體改造示意圖（見(jiàn)圖１）．
圖１ 磁極斜極改造示意圖
但該方案由于未避開(kāi)定子固有頻率和電磁力
的頻率共振，也沒(méi)有取得預(yù)期效果．
4．2 返廠對(duì)原定、轉(zhuǎn)子氣隙磁場(chǎng)進(jìn)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(guò)增大氣隙來(lái)
減小磁通密度，從而減小噪聲．
（１）先期采用擴(kuò)大定、轉(zhuǎn)子空氣隙１ ｍｍ 的改造
方案．即將轉(zhuǎn)子外圓整體車(chē)?。?ｍｍ，希望可以改善
磁場(chǎng)波形，削弱齒諧波，但實(shí)際的改造效果對(duì)電磁
嘈聲的減小并不明顯．
（２）對(duì)定子機(jī)座加焊環(huán)筋，對(duì)鐵芯與機(jī)座筋板
進(jìn)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(méi)有獲得預(yù)期的效果．
4．3 重新改變定子槽數(shù)
該發(fā)電機(jī)的定子基本嵌線數(shù)據(jù)（見(jiàn)表３）；定子
接線圖（見(jiàn)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(jī)定子固有振動(dòng)頻率的計(jì)算
發(fā)電機(jī)定子固有振動(dòng)頻率fnr 的計(jì)算公式［６］ ：
１６ 浙江水利水電學(xué)院學(xué)報(bào) 第２９ 卷
萬(wàn)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(dòng)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(zhì)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(dòng)頻率的計(jì)算
① 定、轉(zhuǎn)子基波磁場(chǎng)產(chǎn)生的噪聲：基波磁場(chǎng)產(chǎn)生
的振動(dòng)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(huì)是電機(jī)高噪聲的主因［６］ ．
② 電樞反應(yīng)分?jǐn)?shù)諧波磁場(chǎng)（即定子次諧波磁
場(chǎng)） 和轉(zhuǎn)子基波、諧波磁場(chǎng)所產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲：
γ＝ ６k
d ＋１ p（k ＝±１， ±２， ±３，??） （４）
式中：正、負(fù)號(hào)分別代表諧波的順、逆轉(zhuǎn)向；d 為
q ＝b ＋cd
中不可約分?jǐn)?shù)的分母．
這些諧波中，極對(duì)數(shù)小于主磁場(chǎng)極對(duì)數(shù)的分?jǐn)?shù)
諧波稱為低次諧波．次數(shù)最接近基波的諧波將與勵(lì)
磁基波磁場(chǎng)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(huì)引起電
機(jī)產(chǎn)生１００ Ｈｚ 的較為強(qiáng)烈的振動(dòng)和噪聲．
同樣，一系列γ次定子諧波也將與μ次勵(lì)磁場(chǎng)
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(dòng)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(yīng)
由上可以得知，正是因?yàn)樵摪l(fā)電機(jī)一階齒諧波
磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁諧波磁場(chǎng)生成了｜r ｜次電磁力波，此
力波的振動(dòng)頻率與定子鐵心固有振動(dòng)頻率相接近，
從而形成了共振效應(yīng)，并產(chǎn)生了異常的電磁噪聲．
找出真正原因后，對(duì)發(fā)電機(jī)重新進(jìn)行了電磁計(jì)算，
將定子原槽數(shù)從８４ 槽更改為９０ 槽，徹底解決了定、
轉(zhuǎn)子槽的配合不當(dāng)問(wèn)題，投運(yùn)后，電機(jī)聲音轉(zhuǎn)為正
常，均未超過(guò)８５ ｄＢ．
5 結(jié) 語(yǔ)
賀社水電站最終通過(guò)改變發(fā)電機(jī)定子槽數(shù)的
辦法，成功地解決了定子固有頻率與磁場(chǎng)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(yàn)可供類(lèi)似發(fā)電機(jī)電磁噪聲處理提供參考．
參考文獻(xiàn)：
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第５ 期 姜美武等：賀社水電站發(fā)電機(jī)電磁噪聲分析與處理 １７

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