發(fā)電機(jī)定子鐵芯產(chǎn)生銹蝕的原因分析及處理方法李天洋

發(fā)電機(jī)定子鐵芯產(chǎn)生銹蝕的原因分析及處理方法李天洋摘要：本論文以發(fā)電機(jī)定子鐵芯產(chǎn)生銹蝕的原因分析為契機(jī)，來進(jìn)一步分析發(fā)電機(jī)定子鐵芯各種故障發(fā)生的原因及其產(chǎn)生的危害。論文的主要內(nèi)容有：定子有效鐵心壓裝的變松、電阻溫度計(jì)損壞引起有效鐵心的故障、定子繞組相間短路引起定子鐵心的損壞、鐵芯片間絕緣的損壞引起定子鐵心故障，通過現(xiàn)場實(shí)際檢查發(fā)現(xiàn)，確定了定子鐵芯產(chǎn)生銹蝕的原因，并提出合理、有效、高質(zhì)量的檢修方法。關(guān)鍵詞：定子鐵芯;銹蝕；片間絕緣；相間短路引言:太平灣發(fā)電廠是中朝兩國界河電站，始建于1979年，根據(jù)機(jī)組的檢修周期于2011年對四號(hào)機(jī)進(jìn)行了A級(jí)檢修，在檢修工作中，我發(fā)現(xiàn)了許多缺陷，其中定子鐵芯表面局部產(chǎn)生銹蝕的現(xiàn)象引起了廠里及班組的高度重視，因?yàn)殇P蝕的產(chǎn)生說明鐵芯存在嚴(yán)重故障，而鐵芯是發(fā)電機(jī)定子的重要組成部分，同時(shí)也是主磁路的一部分，且定子鐵芯槽內(nèi)鑲嵌有線圈，一旦鐵芯發(fā)生故障，將導(dǎo)致定子線圈主絕緣受到嚴(yán)重?fù)p傷，引發(fā)定子繞組接地?zé)龘p的嚴(yán)重后果。因此，在我的主導(dǎo)下對鐵芯可能發(fā)生的故障進(jìn)行定性分析，并介紹處理鐵芯銹蝕的有效方法及工-44-乙o1鐵芯故障的原因分析1.1有效鐵芯壓裝的變松引起鐵芯故障發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中，在有效鐵芯上作用很大的機(jī)械力。該力決定于電磁轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)子和定子之間的徑向磁拉力及有效鐵芯的自重。如果裝壓時(shí)比較松，磁拉力導(dǎo)致有效鐵芯圓筒和個(gè)別扇形片的松動(dòng)，伴隨出現(xiàn)噪音和齒的損壞。有效鐵芯緊度變松的特征是：在它的表面或通風(fēng)溝的深處及表面出現(xiàn)銹蝕，這時(shí)表面可能是干燥的。震動(dòng)片上的銹蝕是很穩(wěn)定的，在生銹的部位涂上絕緣漆后，銹蝕仍不停止,因?yàn)樵谶@個(gè)部位的漆膜很快被破壞。有效鐵芯或它的個(gè)別區(qū)域壓裝變松的主要原因是：由于扇形片的厚度不均勻，定子鴿尾筋安裝不精確，通風(fēng)槽鋼安裝不精確,造成有效鐵芯在制造廠時(shí)的疊裝質(zhì)量低劣，由于定子外殼震動(dòng)大和螺帽的鎖扣不牢固，使拉緊螺桿的螺帽旋出造成損壞。最常見的壓裝變松出現(xiàn)在定子邊段齒區(qū),它造成個(gè)別扇形沖片的損壞，并使壓裝繼續(xù)變松，如圖1-1所示。圖1-11-壓指2-鐵芯段的邊緣片3-通風(fēng)槽鋼4-絕緣墊片太平灣發(fā)電廠發(fā)電機(jī)由于調(diào)峰頻繁啟動(dòng)（每年百余次），使發(fā)電機(jī)定子有效鐵芯的溫度變化范圍達(dá)到45-75度，發(fā)電機(jī)晝夜負(fù)荷不均勻，有功負(fù)荷變化10-47.5MW,無功負(fù)荷變化10-20Mvar,導(dǎo)致有效部分溫度變化達(dá)25-30度，發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)接近1時(shí)，使定子端部邊段鐵芯漏磁通的軸向分量增加。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)SF-47.5型發(fā)電機(jī)帶20MW有功負(fù)荷，COS。在0.85變動(dòng)接近1.0時(shí)，邊段鐵芯的磁感應(yīng)軸向分量由0.615T增加到0.668To這種結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)邊段鐵芯的漏磁通比較大，且階梯懸臂太長。端部第一、第二段鐵芯之間只有一個(gè)通風(fēng)槽鋼支撐，齒部有兩個(gè)壓指，邊段鐵芯開兩個(gè)梯形溝到槽底，不能保證該段鐵芯齒部疊裝壓力的均勻分布，在電磁力作用下引起鐵芯上下端部疊片松動(dòng)，導(dǎo)致瓢偏，在熱循環(huán)期間瓢偏點(diǎn)的夾緊力減小，引起振動(dòng)，導(dǎo)致疊片刺傷定子線棒絕緣而擊穿。另外，鐵芯的溫度變形，可導(dǎo)致齒部邊緣疊片折斷。如圖1-2所示。圖1-2鐵芯自由部分的允許長度與磁感應(yīng)軸向分量關(guān)系鐵芯端部結(jié)構(gòu)1.2鐵芯片間絕緣的損壞引起有效鐵芯的故障發(fā)電機(jī)定子的有效鐵芯是電機(jī)的重要部件之一，在整個(gè)運(yùn)行期間，它應(yīng)該具有規(guī)定的機(jī)械、磁和電的特性。我廠機(jī)組定子鐵芯是用厚度為0.35—0.5mm的扇形電工鋼片疊成，每片有漆膜絕緣。由20片帶漆膜的有效鐵芯扇形片疊成，每段用IMPa的壓力壓裝后，其最底電阻應(yīng)不小于80Qo發(fā)電機(jī)的扇形片有一側(cè)疊裝在鴿尾筋上，因此全部扇形片，通過鴿尾筋本身彼此呈現(xiàn)電氣連接。當(dāng)有效鐵芯的齒或齒高部位的絕緣損壞時(shí)，就形成電流的閉合回路，如圖1-3所示。這個(gè)電流產(chǎn)生的損耗與回路的有效電阻有關(guān)。可能達(dá)到很大的數(shù)值，引起很高的溫度，一直發(fā)展到使有效鐵芯熔化的嚴(yán)重事故。這很可能成為定子繞組絕緣破壞、與外殼短路以及相間短路的原因。因此，為了發(fā)電機(jī)可靠的運(yùn)行，應(yīng)該大力加強(qiáng)對有效鐵芯的溫度、壓裝及片間絕緣狀態(tài)的監(jiān)視。有效鐵芯片間絕緣破壞和短路的原因是：1、硅鋼片的邊緣、經(jīng)過沖壓后加工面的邊緣、在制造廠定子繞組下線前鏗過的有效鐵芯扇形的邊緣等出現(xiàn)的毛刺(毛邊)引起齒表面短路。2、有效鐵芯壓裝不緊，引起片間震動(dòng)和片間絕緣破壞：3、壓裝時(shí)采用的壓力過大，超過2MPa,使片間絕緣造成破壞：4、運(yùn)行期間由于長時(shí)間高于1.1UN(額定電壓)電壓持續(xù)作用引起破壞。1.3電阻溫度計(jì)損壞引起有效鐵芯的故障電阻溫度計(jì)及其引線絕緣在運(yùn)行中損壞，是較為常見的。如果電阻溫度計(jì)絕緣損壞，在定子槽內(nèi)出現(xiàn)對機(jī)殼短路，如圖1-4,則在該電阻導(dǎo)線的引出端與機(jī)殼之間，出現(xiàn)基波頻率的交流電壓。這一電壓是由穿過ABCD回路的磁通感應(yīng)產(chǎn)生的，隨著該回路尺寸的不同，電壓數(shù)值可能達(dá)到兒十甚至兒百伏，后者是指軸向通風(fēng)的發(fā)電機(jī)，在這些發(fā)電機(jī)中溫度計(jì)導(dǎo)線沿著槽由定子端部引出。當(dāng)然這個(gè)電阻溫度計(jì)對汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)殼的任意第二點(diǎn)短路，都會(huì)形成電流回路。假如，定子機(jī)殼的E點(diǎn)是第二個(gè)短路點(diǎn)，在ABCDE回路中就有電流，電流數(shù)值與回路電阻及短路點(diǎn)之間的感應(yīng)電壓數(shù)值有關(guān)。通常，電阻溫度計(jì)的引線沿槽布設(shè)，從臨近的鐵芯段間的徑向通風(fēng)溝引出。由于ABCDE的面積小，故回路的感應(yīng)電勢和感應(yīng)電流也小，這時(shí)未發(fā)現(xiàn)鐵芯損壞。具有軸向通風(fēng)系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)，當(dāng)電阻溫度計(jì)本身或它的引線絕緣損壞時(shí)，可能損壞有效鐵芯和繞組。對于電阻溫度計(jì)埋在槽楔下面的水冷發(fā)電機(jī)，在重新打緊槽楔和更換定子線棒時(shí)，必須特別小心并注意電阻溫度計(jì)引線的正確安裝與鋪設(shè)。1.4相間短路引起的定子鐵芯損壞當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)一點(diǎn)接地時(shí)，如果接地電容電流和持續(xù)時(shí)間各超過一定數(shù)值，就可能伴隨出現(xiàn)定子鐵芯燒損事故，因此，隨著單機(jī)容量增大，世界各國對于發(fā)電機(jī)單相接地保護(hù)要求越來越嚴(yán)格。日本三菱電機(jī)公司及前蘇聯(lián)電力電氣化部對于容量為50MW及以上的水輪發(fā)電機(jī)和同步調(diào)相機(jī)，一但發(fā)電機(jī)電壓回路出現(xiàn)單相接地時(shí)，要求保護(hù)自動(dòng)跳閘，如果保護(hù)拒動(dòng)則應(yīng)迅速減負(fù)荷并解列停機(jī)。我國原水利電力部《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置規(guī)程》在這方面的規(guī)定比較靈活，提出采用經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償?shù)陌l(fā)電機(jī)，當(dāng)定子繞組發(fā)生接地時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓回路的單相接地故障電流不準(zhǔn)超過表1-1的規(guī)定。若是接地故障電流大于上述數(shù)值，接地保護(hù)帶時(shí)限動(dòng)作于信號(hào)。但是，當(dāng)消弧線圈退出運(yùn)行或由于其它原因，使殘余電流大于接地電流允許值時(shí)，應(yīng)切換為動(dòng)作停機(jī)。對于50MW及以上的發(fā)電機(jī)，應(yīng)該裝設(shè)100%的定子接地保護(hù)，保護(hù)裝置帶時(shí)限動(dòng)作于信號(hào)，根據(jù)系統(tǒng)情況和發(fā)電機(jī)絕緣情況，必要時(shí)也可以動(dòng)作跳閘。表1-12定子鐵芯產(chǎn)生銹蝕的原因鑒于以上的分析，并通過現(xiàn)場有針對性地檢查，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生銹蝕附近的個(gè)別齒壓板上的螺帽松動(dòng)，鐵芯銹蝕處的壓指與鐵芯沖片之間有縫隙，最小為0.5mm,最大為1.2mm,而無銹蝕之處的壓指與扇形片之間非常嚴(yán)實(shí)，因此，可斷定鐵芯齒部表面銹蝕的產(chǎn)生，是由于鐵芯沖片在安裝時(shí)工藝不嚴(yán)謹(jǐn)，投入運(yùn)行時(shí)間較長，在機(jī)械力、電磁力和機(jī)械震動(dòng)等的作用下，導(dǎo)致定子鐵心局部松動(dòng)所產(chǎn)生的。在實(shí)際工作中有些機(jī)組定子槽楔附近鐵心上的銹蝕，可能是酚醛層壓布板槽楔磨損后產(chǎn)生的，應(yīng)注意與鐵心銹蝕相區(qū)別。另外，通過高壓電氣試驗(yàn)檢測，電阻溫度計(jì)絕緣良好，定子繞組無短路現(xiàn)象，因此，可排除電阻溫度計(jì)絕緣損壞和定子繞組短路引起鐵芯故障的可能性。3處理方法定子鐵芯齒部松動(dòng)的處理方法如下：（1） 先用0.2-0.3mm厚的絕緣板制成的刮刀將鐵芯表面的銹斑完全清除，然后用毛刷仔細(xì)刷凈，再用干燥的壓縮空氣吹掃干凈。（2） 用無水乙醇將清除銹蝕后的鐵芯表面清掃干凈并涼干。（3） 在鐵芯沖片間插入用環(huán)氧樹脂粘合劑浸漬的薄云母片或環(huán)氧玻璃布片，灌入同一牌號(hào)的液體絕緣漆。（4） 退出銹蝕部位的槽楔，用磨成窄而薄的專門的鋼片把齒撬開，在撬開的縫隙塞入粘滿粘合劑的楔片，使鐵芯緊固。（5） 齒壓板上松動(dòng)的螺帽用電焊點(diǎn)焊緊固。4結(jié)語有效鐵芯整體或部分松動(dòng)，都屬于不正?，F(xiàn)象，必須予以消除。有效鐵芯壓裝普遍變松的情況是很少見的，解決這種變松的問題，需要根據(jù)每一具體情況，具體地加以解決。應(yīng)該指出，用緊壓圈壓緊鐵芯的方法是不允許的，因?yàn)檫@種方法存在損壞定子繞組絕緣的危險(xiǎn)，另外，在緊壓圈上加附加壓力時(shí)，只能使很短的一段鐵芯疊片壓緊，所以