發(fā)電機增容改造發(fā)生問題消除措施

摘要：本文簡要分析了某廠發(fā)電機組在增容改造后發(fā)現(xiàn)定子線圈泄漏電流不平衡、端部磨損嚴重、轉子槽楔松動、發(fā)電機軸瓦發(fā)生電腐蝕等現(xiàn)象；對發(fā)電機定子絕緣引水管清理、端部進行綁扎加固；轉子在槽楔下面加絕緣墊，重新打緊槽楔處理過程進行了簡析，使發(fā)電機組異常現(xiàn)象消除。0.引言快速的國民經(jīng)濟發(fā)展，進一步拉大了供電需求缺口。為了緩解供電緊張局面，在電力系統(tǒng)廠網(wǎng)分開以前、以及五大發(fā)電公司成立以后，相當一部分發(fā)電廠為了減緩新機組建設周期長、任務重、資金調配困難等，紛紛利用機組大修的機會，對上海電機廠、北重、東方電機、和哈電機出品的（50）120MW、125MW、200MW和300MW等發(fā)電機組增容改造，實現(xiàn)了周期短、見效快、經(jīng)濟顯著的效果。從目前的技術媒體來看，增容改造大多是基本成功的。但也遇到了一些問題，有的是現(xiàn)場工藝條件制約而發(fā)生的，也有是施工和改造方案論證缺乏依據(jù)而導致的，個別是施工管理缺失的結果。筆者，結合某發(fā)電廠機組改造后發(fā)生的幾個問題進行簡析，希望讀者在以后的設備改造中科學處理類似問題，使我們在機組增容改造后能夠安全運行。1．發(fā)電機轉子進水短軸斷裂1.1異?，F(xiàn)象2005年2月4日13時50分，值班員檢查發(fā)現(xiàn) 3號機發(fā)電機轉子冷卻水進水支座盤根漏水大，聯(lián)系汽機檢修人員進行處理， 14時45分～14時55分盤根漏水量增大， 16時15分～17時20分經(jīng)汽機檢修調整（緊盤根），漏水量有所減小， 18時05分3號機發(fā)電機轉子冷卻水進水支座盤根漏水增大，至 18時30分漏水量很大，19時20分 3號機組做滑停準備，2月5日00時30分發(fā)電機解列、打閘。1.2解體檢查汽機檢修人員對進水支座解體，發(fā)現(xiàn)轉子進水短軸斷裂、盤根正常。本次斷裂的短軸是2000年度發(fā)電機大修改造時更換，上海電機廠產(chǎn)品。根據(jù)《設備分工制度》第十二條規(guī)定：該進水短軸由電氣專業(yè)負責上報材料計劃、領料，交汽機專業(yè)安裝。汽機專業(yè)負責短軸的調整、加工、更換，并維護轉子進水支座盤根。 2004年度大修和 2005年1月?lián)屝奁陂g對短軸的檢查維護情況進行分析：短軸拆除后外觀檢查無異常，軸頸磨損較輕，可以重復使用。短軸安裝后，測軸頭晃動 40μm，<50μm要求，安裝、調整無異常。 2005年1月?lián)屝奁陂g更換2道進水支座盤根。2月4日，漏水事件發(fā)生后，解體檢查盤根無異常。專業(yè)技術人員詳細檢查了短軸斷裂和斷口情況，金相中心從金屬斷口初步判斷為疲勞性斷口，并非一次性斷裂，設備損壞有一個發(fā)展過程，最終導致斷裂事件發(fā)生（ 2月6日，金相中心光譜檢測結果：焊接法蘭的法蘭盤為碳鋼，軸體為高鉻不銹鋼材質）。從短軸斷口和斷口處的焊接夾砂情況分析，經(jīng)討論初步認定：進水斷軸斷裂原因為材質和焊接法蘭的焊接工藝不良造成，存在焊接缺陷，該缺陷在長期交變應力作用下發(fā)生疲勞斷裂1.3消除措施該進水短軸器件不大，但與主設備發(fā)電機轉子直接連接，對發(fā)電機組的安全運行有直接影響，各專業(yè)應充分重視停機事件，舉一反三，做好類似設備的金屬監(jiān)督和檢查維護工作。要對水內(nèi)冷機組的轉子進水短軸在大修期間應進行金屬探傷，小修期間也應將其做為檢查、維護工程。防止發(fā)生類似事件。聯(lián)系上海電機廠對該斷軸斷裂進行深入分析，查詢短軸加工、焊接情況和材質情況。對該事間進一步分析和采取預防措施。發(fā)電機泄漏電流嚴重不平衡，2.1異?，F(xiàn)象2005年2月份某發(fā)電廠 QFS—137.5型（改造前 QFS—125—2型）#D機組小修，發(fā)電機泄漏電流和直流耐壓實驗時發(fā)現(xiàn) 3相泄漏電流嚴重不平衡， A相較其它兩相高 400%以上，并且在 1分鐘的加壓時間內(nèi) A相泄漏電流由 60微安陡增到 91微安，與歷年數(shù)據(jù)比較，A相泄漏電流有較大的增長。根據(jù)實驗現(xiàn)象分析，各相泄漏電流相差較大，泄漏電流隨加壓時間增加而升高。但是，充電現(xiàn)象仍然正常。初步分析，缺陷部位應該存在于繞組端部：有贓物或高阻性缺陷。打開端蓋后檢查發(fā)現(xiàn)： A相絕緣引水管內(nèi)壁有結垢臟污（ A相匯水管內(nèi)清理出約有 1mm3左右黑色粉沫不明物）現(xiàn)象，較其它兩相嚴重，將絕緣引水管拆除清理，做定子繞組泄漏電流和直流耐壓實驗， 3相泄漏電流均小于 15微安，與歷年數(shù)據(jù)相比無明顯變化，缺陷消除。2.2原因分析發(fā)電機定子絕緣引水管內(nèi)壁有結垢后，取樣經(jīng)化學分析主要成分為銅的化合物，是發(fā)電機定子空心銅管腐蝕的產(chǎn)物；或者是發(fā)電機機組改造線圈更換時，接頭銅焊渣未完全清理干凈的結果。根據(jù)運行紀錄，該機在停機前，化學水質分析表明銅離子含量超標。經(jīng)常在每升100微克以上。發(fā)電機冷水箱上蓋未封閉，雙冷水直接與大氣接觸，氧氣進入定子空心銅管。2.3防范措施1、每次發(fā)電機大修后、開機前定子水系統(tǒng)應使用除鹽水進行帶壓力反復水（反）沖洗，直到排水清澈無顆粒，電導率達到合格要求。 2、發(fā)電機正常運行期間連續(xù)運行時間超過2個月后，遇有停機或解列機會時，對發(fā)電機定、轉子冷卻水系統(tǒng)進行反沖洗。 3、完善發(fā)電機整個冷卻水系統(tǒng)，應盡可能使其密閉循環(huán)；運行中水質含銅量高，絕緣引水管內(nèi)壁結垢臟污后主要成分為銅，是因為水路不密閉，長期氧化腐蝕銅管導致。 4、加強運行中水質監(jiān)空，內(nèi)冷水質應按照汽輪機運行規(guī)程執(zhí)行。3.#8發(fā)電機勵側軸瓦發(fā)生電腐蝕現(xiàn)象：3.1異?，F(xiàn)象某發(fā)電廠#8發(fā)電機由于軸電壓放電造成勵側軸瓦有電腐蝕現(xiàn)象。在改造后的一次小修期間，對其軸電壓和軸瓦對地絕緣進行了測量，在進行勵側軸瓦對地絕緣電阻測量時，發(fā)現(xiàn)絕緣電阻為零，呈短路接地狀態(tài)。機組并網(wǎng)后測得油膜電壓為3.2V，軸電壓基本上由油膜承擔。雖然電壓不高，但是，一旦油膜擊穿，發(fā)生放電，可能會使?jié)櫥?、冷卻的油質逐漸劣化，嚴重的會使軸瓦燒壞，造成停機事故。檢查發(fā)現(xiàn)勵側軸瓦上部及側面安裝有溫度和振動傳感器。3.2消除方法1、對軸瓦絕緣進行處理，對凡有可能出現(xiàn)接地的部位：如各種傳感器接線外護套進行仔細檢查，對軸承定位銷和螺栓的絕緣套筒表面油污等進行清理。 2、機組改造要保證軸承座絕緣墊的“環(huán)氧板—金屬片—環(huán)氧板”結構。在每次大修結束，軸承座油管安裝后、未穿轉子前，應使用 1000V兆歐表測量軸承座對地絕緣電阻，其值不小于 0.5兆歐，對小修后及運行中轉子在膛內(nèi)的情況，應測量環(huán)氧板中金屬片的絕緣進行檢查，運行中可采用萬用表測量軸承座對地絕緣電阻，不應有明顯的金屬性接地。 3、對軸瓦安裝傳感器等其它工作要注意安裝部件對地的絕緣情況。4.定子端部線棒磨損較嚴重 ,轉子槽楔松動較多；4.1異常現(xiàn)象4.1.1某發(fā)電廠安裝的 #1發(fā)電機為東方電機廠生產(chǎn)水、氫、氫冷發(fā)電機組，發(fā)電機型號為QFSN-200-2型。1978年出廠， 1981年12月投產(chǎn)。 1983年元月發(fā)生發(fā)電機定子線棒端部燒壞事故，當時在現(xiàn)場進行更換發(fā)電機定子線棒處理；在 1998年10月，對該臺發(fā)電機進行的增容改造工作，使發(fā)電機額定容量由 200MW增加到220MW；顆，共

A、發(fā)電機增容改造工作后，初次小修檢查發(fā)現(xiàn)，定子鐵芯壓圈緊固螺栓（每側36顆）松動，金屬夾板與絕緣夾板連接處松動現(xiàn)象。

18B、2001年11月份發(fā)電機小修檢查中發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機定子端部引出線與固定絕緣夾板間有3處有明顯的磨損現(xiàn)象，有灰色的絕緣泥出現(xiàn)；當時研究后決定，將 3處出現(xiàn)松動磨損的絕緣夾板拆下進行清理，在墊塊間加墊適形滌綸墊，并刷環(huán)氧樹脂膠進行固化處理。C、2002年10月＃1發(fā)電機大修檢查中發(fā)現(xiàn)： 1、汽輪機端定子、定子鐵芯定位筋螺栓螺帽有3處松動（M64），部位是：1點半鐘，7點鐘，10點鐘。勵磁機端過橋線絕緣支架壓板螺帽約有 1/4松動，在#51、#48、#45、#42線棒部位，用手可以擰松螺帽。過橋線絕緣支架與過橋引線相互磨損嚴重。在 #14、#17線棒部位（即靠近 3點鐘），磨損呈青灰色油漿流出。檢查發(fā)電機轉子發(fā)現(xiàn)：轉子槽楔松動多，共有 52塊（總數(shù) 416塊）的槽楔明顯松動（用手能推動），轉子表面部分漆層有過熱脫落現(xiàn)象4.2原因分析4.2.1經(jīng)過分析認為，發(fā)電機長期運行，定子鐵芯壓圈緊固螺栓松動，是運行中發(fā)電機鐵芯壓圈振動磨損所引起的；發(fā)電機端部整體綁扎緊固系統(tǒng)不夠，因為＃ 1發(fā)電機在增容改造后，發(fā)電機容量上升了 10%，其端部線圈所受電動力上升約 20%左右。發(fā)電機端部綁扎緊固情況沒有進行改造。發(fā)電機定子端部線棒可能存在固有頻率接近 100Hz的現(xiàn)象，發(fā)電機運行中可能產(chǎn)生共振現(xiàn)象，引起發(fā)電機定子線棒端部與絕緣夾板磨損現(xiàn)象。發(fā)電機轉子槽楔松動是由于在上次發(fā)電機增容改造時，發(fā)電機轉子線棒全部拆下進行清理，重新下線，槽楔當時進行打緊，在運行一階段后，線棒受力和發(fā)電機端部線圈共振等綜合作用下，使槽楔出現(xiàn)松動現(xiàn)象。也有可能引起匝間絕緣墊條、楔下調節(jié)墊條竄動而導致風孔堵塞事故，影響發(fā)電機轉子線棒散熱。4.3處理措施定子部分4.3.1 在電機制造廠等專家的指導下，將金屬夾板與絕緣夾板連接螺栓緊固，用1000kg/m

的氣動扳手從汽側將鐵芯壓圈螺栓緊固，緊固程度達 1/4～1/2周；勵側鐵芯壓圈螺栓用大錘緊固處理。4.3.2 決定對＃1發(fā)電機進行定子繞組端部振形模態(tài)實驗檢查。本次實驗采用錘擊法對發(fā)電機端部繞組進行激振，測量輸入力信號和輸出加速度響應信號。用 CRAS模態(tài)分析軟件對信號進行數(shù)據(jù)采集，求出各測點的傳遞函數(shù)，然后進行模態(tài)分析，求出固有頻率、振形和阻尼等模態(tài)參數(shù)。測試結果發(fā)現(xiàn)：在勵磁機端發(fā)電機定子繞組端部（ #10～～#19）線棒對應的引線部位1點半到3點鐘位置）存在有100Hz的固有頻率，同時對勵磁機發(fā)電機定子繞組端部進行了整體振形模態(tài)實驗分析，認為在100Hz頻率附近沒有出現(xiàn)橢圓振形對應的固有頻率，說明發(fā)生的故障是由發(fā)電機定子繞組端部局部振動造成的。發(fā)電機勵磁機側定子繞組端部引線的固有頻率表 1固有頻率（Hz）引線位置徑向軸向切向1點半鐘（＃10線棒）100.0106.092.03點鐘（＃19線棒）98.597.5101.04.3.3找出引起發(fā)電機端部繞組振動的原因后，決定對發(fā)電機定子繞組端部進行加綁緊固，特別是＃10線棒～＃19線棒所對端部繞組引出線部位進行加綁緊固，以提高發(fā)電機定子端部繞組的剛度，增加端部繞組的固有頻率，對磨損的部位進行拆開檢查清理，在絕緣支架與過橋引出線之間增加了絕緣材料適形滌綸毛氈墊片，以減少絕緣支架與過橋引出線之間的相互磨擦，對松動的緊固螺栓重新進行緊固，更換保險墊片處理。發(fā)電機轉子槽楔全部退出清理，加絕緣墊重新打緊處理。具體處理情況如下：1、對發(fā)電機定子端部進行綁扎加固；定子勵勵磁機端和汽輪機端引線夾板、絕緣支架把合螺栓有松動現(xiàn)象，已全面重新把緊，同時在螺母與螺栓之間滴入#290厭氧膠，將螺母鎖牢。2、將松動的夾板拆開清理。檢查線棒受傷情況，在絕緣夾板與引線之間墊絕緣滌綸適形氈，并用ф5滌玻繩綁扎加固，刷環(huán)氧樹脂膠固化處理。3、發(fā)電機定子勵磁機側的端部線棒的左右上方45°處引線、右側水平位置引線和頂部引線，用ф20滌玻繩將前后兩根引線加綁各3處（共6處），并刷環(huán)氧樹脂膠固化處理，使引線的固有頻率上升到120Hz左右。4、發(fā)電機定子汽輪機端端部線棒絕緣盒在左、右、上、下四位置，用ф20滌玻繩加綁，并刷環(huán)氧樹脂膠固化處理，提高整個端部的剛度，使固有頻率遠離100Hz。4.3.4對發(fā)電機定子繞組端部進行處理后，再次進行了激振實驗，實驗數(shù)據(jù)如下：表2:汽輪機端、勵磁機端定子繞組端部橢圓振型對應的固有頻率和阻尼表2繞組端部固有頻率（Hz）阻尼汽輪機端119.460.0305勵磁機端89.560.0142表3：發(fā)電機定子繞組端部引出線的固有頻率固有頻率徑向軸向切向引出線位置（Hz）1點半鐘（＃10線棒）100.0106.092.0處理前測試值1點半鐘（＃10線棒）位置116.0114.5119.5處理后測試值3點鐘（＃19線棒）98.597.5101.0處理前測試值3點鐘（＃19線棒）位置115.5115.0116.5處理后測試值4點半鐘（＃28線棒）位置77.578.584.07點半鐘（＃37線棒）位置92.089.592.59點鐘（＃46線棒）位置93.492.093.210點半鐘（＃1線棒）位置93.791.276.3表4:絕緣支架與發(fā)電機定子繞組引出線之間的固有頻率Hz測點切向絕緣支架＃190.0、150.0、201.3＃267.5、161.3、192.5＃3142.5、168.8＃4138.8、265.0測點軸向徑向過橋引出＃185.585.5線116.5135.5＃285.089.0149.0134.0＃365.592.5121.0129.5＃462.587.5120.0129.5從上述測試數(shù)據(jù)可以看出：在經(jīng)過處理之后的＃ 10、＃19線棒對應的定子繞組引出線固有頻率提高了 10%以上，達到了避開發(fā)電機電磁振動頻率 100Hz的目的，滿足部頒行業(yè)標準規(guī)定的要求。其中，勵磁機端定子繞組端部整體橢圓對應的固有頻率為 89.56Hz；汽輪機端定子繞組端部整體橢圓對應的固有頻率為 119.46Hz。＃1發(fā)電機定子繞組端部經(jīng)過處理后，固有頻率有所提高，定子端部引線固有頻率和定子繞組端部整體橢圓振型對應的固有頻率使其遠遠避開94Hz～115Hz的危險值，因此＃1發(fā)電機定子繞組端部能滿足安全穩(wěn)定運行要求。轉子部分缺陷處理情況：3.3.5在楔下絕緣墊條與銅線