晏桂林, 龔 寧

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大容量發(fā)電機定子鐵芯故障調(diào)查及治理

晏桂林*1, 龔 寧2

(1. 湖南省電力公司 科學(xué)研究院, 湖南 長沙, 410007; 2. 湖南省電力公司 柘溪水力發(fā)電廠, 湖南 益陽, 413508)

對湖南省內(nèi)發(fā)電機定子鐵芯工作情況進行了調(diào)查, 根據(jù)調(diào)查結(jié)果, 總結(jié)了發(fā)電機定子鐵芯故障的表現(xiàn)形式, 分析了故障產(chǎn)生的原因, 給出了故障治理及預(yù)防的措施.

定子鐵芯; 故障; 治理; 預(yù)防措施

汽輪發(fā)電機作為火力發(fā)電廠的主設(shè)備之一, 具有投資大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作條件特殊(高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速)、連續(xù)運行要求高等特點. 近幾年來, 湖南省內(nèi)上網(wǎng)發(fā)電機鐵芯問題頻出, 問題較輕者, 造成運行過程中發(fā)電機運行不穩(wěn)定, 影響出力; 問題嚴(yán)重者, 造成絕緣事故, 甚至發(fā)電機解體, 重新疊壓硅鋼片. 多次事故的發(fā)生, 給各發(fā)電廠造成了巨大的經(jīng)濟損失, 為全面了解大型發(fā)電機鐵芯故障的表現(xiàn)形式及有針對性地處理和預(yù)防同類型事故的發(fā)生, 作者對近幾年來湖南省內(nèi)大型發(fā)電機鐵芯故障進行了廣泛調(diào)查和研究, 并提出相應(yīng)處理辦法.

圖1 某廠發(fā)電機鐵芯“跑片”狀態(tài)圖

1 汽輪發(fā)電機定子鐵芯故障典型表現(xiàn)形式

1.1 定子鐵芯“跑片”

某廠3號發(fā)電機為哈爾濱電機廠生產(chǎn)的型號為QFSN-300-2汽輪發(fā)電機組, 2005年投產(chǎn).2008年大修檢查時, 發(fā)現(xiàn)在發(fā)電機人孔門處電機鐵芯有“跑片”現(xiàn)象. 近幾年的運行結(jié)果表明, 發(fā)電機一直存在振動現(xiàn)象, 且在180 MW～200 MW負(fù)荷點, 振動尤為劇烈. 2010年發(fā)電機大修檢查時, 發(fā)現(xiàn)發(fā)電機“跑片”有所增加, 通過觀察, 松動的硅鋼片達到7、8片之多, 松動最嚴(yán)重處達6 mm左右, 松動狀態(tài)如圖1所示.

1.2 定子鐵芯松動引起發(fā)熱

某廠4號發(fā)電機為上海電機廠生產(chǎn)的600 MW QFSN水氫氫汽輪發(fā)電機組, 2006年投產(chǎn). 2009年機組檢修時, 在勵端第一檔發(fā)現(xiàn)極少量黑色油泥, 同時使用推力計, 檢測汽、勵2端各6檔風(fēng)道板全部齒條及本體各風(fēng)區(qū)剩余緊力, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)鐵心齒條緊量不足, 勵端嚴(yán)重, 本體和汽端相對勵端較好. 對穿心螺桿和定位螺桿剩余緊力進行檢查發(fā)現(xiàn): 穿心螺桿緊力在100～120 MPa之間, 平均緊力為113.8 MPa, 剩余緊力為標(biāo)準(zhǔn)的90%; 檢測汽、勵2端圓周上下左右90°位置4根定位螺桿的當(dāng)前緊力, 汽端平均剩余緊力為額定緊力的88%, 勵端平均剩余緊力為額定緊力的87%. 且在勵端發(fā)現(xiàn)有硅鋼片燒損痕跡.

1.3 定子鐵芯振動及噪音

某廠4號發(fā)電機為哈爾濱電機廠生產(chǎn)的型號為QFSN-300-2汽輪發(fā)電機, 自2004年以來, 該發(fā)電機運行過程中一直存在有電磁噪音, 為了解振動及噪音具體情況, 專門對4號發(fā)電機進行了振動和噪音測量, 振動測點布置為: 在定子機座的中部布置振動測點, 同時在勵端和汽端軸承座垂直、水平和軸向3方向布置測點, 測量軸承座的振動, 噪音測點布置在機殼兩側(cè), 共10個, 測點布置如圖2所示. 依次在不同工況下對振動及噪音進行測試, 測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)各有功工況下噪聲均超過新機出廠值要求的92 db, 最大達到103 db.

勵端678910汽端 發(fā) 電 機 12345

2 發(fā)電機鐵芯故障原因分析

2.1 發(fā)電機定子鐵芯沖片的影響

現(xiàn)代大型發(fā)電機的定子鐵芯通常是由幾十萬片互相絕緣的高導(dǎo)磁、低比損耗的冷軋無取向、厚度為0.35～0.50 mm的扇形硅鋼片疊壓而成. 由于硅鋼片本身的原因造成發(fā)電機定子鐵芯故障主要表現(xiàn)在: ① 硅鋼片在成型過程中由于工藝問題, 使其邊緣存在毛刺, 運行過程中, 毛刺刺傷片間絕緣, 引起硅鋼片片間短路[1]; ②幾十萬片硅鋼片的尺寸互相之間有出入, 在疊壓過程中, 大量硅鋼片疊壓在一起就會造成疊壓系數(shù)過低, 使得發(fā)電機鐵芯整體呈松動狀態(tài), 而發(fā)電機鐵芯由于定位筋的存在, 定子整體本身呈電氣連接, 若鐵芯片的絕緣因為振動等原因受損或變低, 發(fā)電機在運行中同樣會形成片間短路, 產(chǎn)生渦流損耗. 若這些原因造成的硅鋼片絕緣損壞嚴(yán)重時, 渦流損耗會急劇增大, 使鐵芯發(fā)熱, 溫度升高, 造成嚴(yán)重事故.

另外, 形成“跑片”的硅鋼片一方面有可能會損傷鐵芯拉緊螺桿的絕緣, 造成鐵芯多點接地故障; 另一方面, “跑片”的硅鋼片旋轉(zhuǎn)時會觸及定子線圈絕緣體系, 造成絕緣磨損, 而且一旦松動硅鋼片出現(xiàn)斷裂, 刺入定子線圈, 同樣會傷及定子絕緣, 造成定子線圈接地事故[2].

2.2 發(fā)電機定子鐵芯絕緣漆的影響

發(fā)電機鐵芯硅鋼片間絕緣主要通過絕緣漆來實現(xiàn), 這種絕緣漆的存在主要是為了減小渦流, 降低發(fā)熱損耗, 我國目前使用的硅鋼片漆大多為有機硅鋼片漆, 這種絕緣漆的成膜性能良好, 且電阻很大, 但其最大的弱點是熱收縮變形大, 若硅鋼片間絕緣降低, 渦流損耗加大, 造成漆膜溫度升高, 會使得絕緣漆膜厚度和絕緣電阻下降, 從而鐵芯松動進一步加劇. 另外, 絕緣漆若發(fā)生老化或者碳化, 也會造成硅鋼片的片間短路.

2.3 湖南省內(nèi)發(fā)電機鐵芯故障原因調(diào)查

2010年, 對湖南省內(nèi)并網(wǎng)汽輪發(fā)電機故障鐵芯進行了全面調(diào)查, 發(fā)現(xiàn)故障形式主要表現(xiàn)在2方面. 一是有效鐵芯壓裝變松, 振動和噪音加大; 二是鐵芯硅鋼片間絕緣損壞, 造成短路和過熱燒損. 但從各電廠的處理結(jié)果來看, 效果不很理想, 分析起來, 原因有2點: ① 各故障發(fā)電機在制造過程中, 硅鋼片的壓制及片間絕緣漆的選用不合格, 導(dǎo)致疊壓鐵芯時, 不能有效壓緊鐵芯, 或者即使能暫時壓緊鐵芯, 但由于硅鋼片及漆膜的厚度不一, 受力不勻等原因, 導(dǎo)致運行過程中鐵芯再度變松. ②發(fā)電機本身結(jié)構(gòu)上的原因?qū)е妈F芯不能壓緊, 哈爾濱電機廠生產(chǎn)的300 MW汽輪發(fā)電機定子鐵芯并沒有穿心螺桿, 鐵芯的緊固僅靠背部定位筋的拉力, 這種結(jié)構(gòu)對于鐵芯齒部的松動不能有效壓緊. 正是這些原因的存在導(dǎo)致省內(nèi)多臺發(fā)電機鐵芯頻出故障.

3 鐵芯松動后的檢查及預(yù)防處理措施

發(fā)電機鐵芯一旦發(fā)生松動會有各種故障現(xiàn)象存在. 運行時, 運行人員在巡視發(fā)電機時應(yīng)注意其噪聲的變化, 松動的鐵芯將會使發(fā)電機噪聲增大. 如發(fā)現(xiàn)噪聲異常增大, 應(yīng)查明原因, 在適當(dāng)時間安排停機查修. 對于噪音隨有功變化而變化的發(fā)電機, 運行過程中要注意避開噪音過大的有功工況點; 另外在大修中要詳細(xì)檢查定子鐵芯的松緊情況, 對定子鐵芯背部定位筋螺母(壓圈螺母)進行檢查, 定位筋螺母緊力如減少, 該發(fā)電機定子鐵芯就已經(jīng)松弛, 同時對有穿心螺桿的發(fā)電機, 應(yīng)測量穿心螺桿對地的絕緣電阻值. 還可打開發(fā)電機端蓋及人口門, 檢查鐵芯有無“跑片”、放電等現(xiàn)象的存在, 對于位置跑動的硅鋼片進行標(biāo)記并拍照, 詳細(xì)記錄在案, 以便在以后檢修中進行比較判別是不是跑動的硅鋼片有新的發(fā)展或者出現(xiàn)新的硅鋼片跑動現(xiàn)象. 對于沁油嚴(yán)重的發(fā)電機, 一定要注意油壓和氫壓的配合問題, 大修過程中及時更換密封部件, 防止油腐蝕對端部硅鋼片的損傷; 若有條件, 還可以投運發(fā)電機絕緣在線監(jiān)測裝置, 以及時發(fā)現(xiàn)因鐵芯松動對發(fā)電機線棒絕緣造成的損傷[3].

若發(fā)現(xiàn)有鐵芯松動現(xiàn)象, 要及時處理, 現(xiàn)場處理方式有3種: ① 對于齒部或背部部分松動的硅鋼片, 可采取加灌絕緣漆或者打入絕緣斜鍥片的方式進行局部處理; ② 若鐵芯已整體松動, 建議采用專用工具對穿心螺桿和定位螺桿的壓力進行補充的方式進行整體緊固; ③ 若松動硅鋼片傷及到定子線棒絕緣, 應(yīng)及時更換線棒, 防止事故范圍進一步擴大[4].

4 結(jié)語

近年來, 湖南省內(nèi)發(fā)電機定子鐵芯故障頻發(fā), 嚴(yán)重的鐵芯故障實際造成的經(jīng)濟損失和修復(fù)難度遠比單純絕緣事故要嚴(yán)重得多, 應(yīng)該引起人們在檢修和運行期間的高度重視, 特別是不能輕易放過較輕微的故障現(xiàn)象, 防止其發(fā)展為嚴(yán)重的事故.

本文基于近年來湖南省內(nèi)發(fā)電機定子鐵芯狀況調(diào)查結(jié)果, 總結(jié)了定子鐵芯故障的表現(xiàn)形式及產(chǎn)生故障的原因和處理方法, 對于發(fā)電機定子鐵芯的運行、檢修和維護具有一定的指導(dǎo)作用.

[1] 李偉清. 汽輪發(fā)電機故障檢查分析及預(yù)防[M]. 2版. 北京: 中國電力出版社, 2010: 18—22.

[2] 張建忠, 劉長江, 劉宏志, 等. 大型汽輪發(fā)電機定子鐵芯故障分析及預(yù)防[J]. 河北電力技術(shù), 2001, 20(4): 17—18, 28.

[3] 劉峻華, 黃樹紅. 汽輪機故障診斷技術(shù)的發(fā)展與展望[J]. 汽輪機技術(shù), 2000, 42(1): 1—6.

[4] 嚴(yán)可國. 大型汽輪發(fā)電機組故障診斷方法及監(jiān)測保護系統(tǒng)研究[D]. 華北電力大學(xué), 2009.

Research and treatment for stator core failure of large capacity generator

YAN Gui-lin1, GONG Ning2

(1. Hunan Electric Power Corporation Research Institute, Changsha 410007, China; 2. Zhexi Hydropower Station, Hunan Electric Power Corporation, yiyang 413508, China)

The characteristics of stator core failure based on a researching of stator core in Hunan power network were analyzed, and the treatment methods and preventive measureswere put forward.

stator core; failure; treatment; preventive measures

10.3969/j.issn.1672-6146.2013.04.014

TM 621.3

1672-6146(2013)04-0057-03

email: 93317566@qq.com.

2013-09-21

(責(zé)任編校: 江 河)