600MW發(fā)電機(jī)組設(shè)備事故與維修初探

馬德玲

(大唐集團(tuán)淮北發(fā)電廠,安徽 淮北 235000)

1 前言

電力系統(tǒng)改革廠網(wǎng)分開(kāi)以來(lái),各發(fā)電集團(tuán)和社會(huì)能源企業(yè)為了搶占電量份額,紛紛建設(shè) 600MW級(jí)(或更大容量)的大機(jī)組。隨著電力工業(yè)迅速發(fā)展,大容量、高參數(shù)、高自動(dòng)化已成為目前新建機(jī)組的基本機(jī)組類型。因此,對(duì)發(fā)電廠的生產(chǎn)管理、設(shè)備檢修和技術(shù)監(jiān)督工作的重點(diǎn)也需要根據(jù)這些特征的變化予以調(diào)整和改進(jìn)。隨著國(guó)家能源政策的改革,目前在網(wǎng)運(yùn)行的骨干機(jī)組,大多是 600MW機(jī)組。同時(shí)大多達(dá)到 A級(jí)檢修周期,其余也逐漸的,或者陸續(xù)運(yùn)行到大修周期,即將面臨設(shè)備大修的問(wèn)題。檢修質(zhì)量與工藝面臨新的考驗(yàn)。機(jī)組在運(yùn)行中反映的問(wèn)題,設(shè)備在檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)設(shè)備損壞等問(wèn)題將全面凸現(xiàn),如何提高檢修質(zhì)量,改進(jìn)檢修工藝,杜絕設(shè)備損壞事件重演,令廣大電力生產(chǎn)者和電力設(shè)備制造者思考。

2 近幾年 600MW機(jī)組暴露的設(shè)備技術(shù)問(wèn)題及防范措施

2.1 發(fā)電機(jī)制造和安裝階段隱藏的缺陷和問(wèn)題

發(fā)電機(jī)制造和安裝階段隱藏的缺陷和技術(shù)質(zhì)量問(wèn)題遺留到生產(chǎn)運(yùn)行中,成為近年來(lái)發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的重大隱患。主要集中在發(fā)電機(jī)個(gè)別部位設(shè)計(jì)不當(dāng)、制造安裝質(zhì)量不良,造成發(fā)電機(jī)投運(yùn)后出現(xiàn)定子單相接地、轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地、鐵心發(fā)熱、漏氫、定子內(nèi)冷卻水系統(tǒng)堵塞等方面。

2.1.1 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子引線夾板處用做機(jī)械固定的不銹鋼板斷裂故障

首先在浙江某電廠 3號(hào) 600MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上發(fā)生故障,造成發(fā)電機(jī)運(yùn)行中轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地。2007年2月 27日,該廠 3號(hào)發(fā)電機(jī)在春節(jié)停機(jī)檢修結(jié)束后,啟動(dòng)機(jī)組。在進(jìn)行升速過(guò)程中,當(dāng)轉(zhuǎn)速升至1303r/min時(shí),轉(zhuǎn)子出現(xiàn)一點(diǎn)接地報(bào)警。發(fā)電機(jī)停機(jī)后拆下轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)檢查發(fā)現(xiàn),故障原因?yàn)檗D(zhuǎn)子引線夾板處用做機(jī)械固定的不銹鋼板(約 1mm厚,30mm寬)斷裂。在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高時(shí),斷裂的不銹鋼在離心力作用下竄出,與轉(zhuǎn)子引線接觸導(dǎo)致接地故障。

針對(duì)某制造廠該同類型發(fā)電機(jī)的這一問(wèn)題,在2007年的機(jī)組檢修中,對(duì)天津某發(fā)電廠 3號(hào)發(fā)電機(jī)及華北地區(qū)某電廠 1號(hào)發(fā)電機(jī)對(duì)該部位進(jìn)行檢查,也發(fā)現(xiàn)存在同樣的問(wèn)題,兩臺(tái)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子引線夾板處不銹鋼板均發(fā)現(xiàn)已經(jīng)斷裂。由于發(fā)現(xiàn)該問(wèn)題比較及時(shí),未造成發(fā)電機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)轉(zhuǎn)子接地事故。這兩臺(tái)發(fā)電機(jī)已經(jīng)扒下發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)側(cè)護(hù)環(huán),取出壓板的斷裂部分,更換新的壓板,重新裝入護(hù)環(huán)。對(duì)前述情況分析,該問(wèn)題是該制造廠同類型發(fā)電機(jī)存在的一個(gè)普遍情況。天津某發(fā)電廠 3號(hào)發(fā)電機(jī)、華北某電廠 1號(hào)發(fā)電機(jī)提前發(fā)現(xiàn)了事故隱患,避免了由于壓板斷裂造成運(yùn)行中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地故障。必須對(duì)同一制造廠的 600MW發(fā)電機(jī)該部位進(jìn)行認(rèn)真檢查,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行處理,以保證發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行。

2.1.2 發(fā)電機(jī)絕緣引水管缺陷

發(fā)電機(jī)絕緣引水管缺陷主要集中在某電機(jī)廠制造的 QFSN-600-2YH型 600MW機(jī)組上。

2008年 9月 18日,華東地區(qū)某發(fā)電廠 1號(hào)發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)運(yùn)行后,帶 140MW負(fù)荷 2小時(shí)后,定子接地保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)。打開(kāi)發(fā)電機(jī)端蓋人孔門,進(jìn)入檢查發(fā)電機(jī)端部,未見(jiàn)異常,對(duì) U相進(jìn)行直流耐壓(帶水壓),升到 4kV后,在勵(lì)磁機(jī)側(cè) U相一根下層線棒(7、8點(diǎn)位置)的引水管有放電現(xiàn)象(與河北某發(fā)電廠機(jī)組故障位置基本相同)。并發(fā)現(xiàn)該引水管中間有水滲出。分析判斷引起定子接地的原因是該引水管有缺陷,導(dǎo)致絕緣下降被擊穿、破裂。2007年 11月,華北地區(qū)某電廠 2號(hào)發(fā)電機(jī)在預(yù)試中,勵(lì)磁機(jī)側(cè)絕緣引水管出現(xiàn)類似故障,已經(jīng)有內(nèi)冷卻水滲漏。經(jīng)更換引水管后,直流泄漏電流合格,試驗(yàn)正常后投入運(yùn)行。

這兩次故障都是絕緣引水管的缺陷薄弱引起的,初步分析其原因,是發(fā)電機(jī)設(shè)備生產(chǎn)廠家在采購(gòu)或安裝過(guò)程中,造成絕緣引水管的微小的機(jī)械損傷,繼而埋下隱患。為此,應(yīng)敦促設(shè)備生產(chǎn)廠家,把好材料產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)。發(fā)電廠也應(yīng)在預(yù)試和檢修中對(duì)絕緣引水管做重點(diǎn)檢查,加強(qiáng)定子冷卻水系統(tǒng)的水壓試驗(yàn)和直流泄漏等測(cè)量試驗(yàn)工作。

2.2 發(fā)電機(jī)引線燒毀故障

2.2.1 華東地區(qū)某發(fā)電廠 1號(hào)發(fā)電機(jī)為某電機(jī)廠制造的 600MW機(jī)組,運(yùn)行中 W相分支的 W2引線局部過(guò)熱熔斷,熔渣掉下進(jìn)入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通風(fēng)道,轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地報(bào)警。W2分支熔斷瞬間電磁力不均衡,發(fā)電機(jī)組7W振動(dòng)瞬間增大至150μm,隨后電磁力達(dá)新平衡,振動(dòng)減至 83μm。W2分支承擔(dān) W相全電流,當(dāng)時(shí)為滿負(fù)荷,分支通過(guò)電流為額定1.725倍(單支額定電流 9.62kA),導(dǎo)致 W2支路(上層 12號(hào) ～18號(hào)線棒,下層 37號(hào) ～1號(hào)線棒串聯(lián))共 14根線棒嚴(yán)重過(guò)熱。其中 7根下層線棒由于散熱條件不如上層線棒,線棒出水溫度上升尤其迅速。事故發(fā)生僅 1min后,下層線棒出水溫度至高限 90℃。上層 7根線棒,溫升稍慢。W2引線熔斷約 5min后,W2下層線棒因過(guò)熱破壞主絕緣,造成 W相對(duì)地短路。發(fā)電機(jī)零序電壓保護(hù)動(dòng)作跳主斷路器。發(fā)電機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)共修復(fù)和更換了 17根線棒(其中下層 7根,上層 10根),更換了 6根環(huán)狀引線,1根主引線。事故造成停機(jī)月余,損失巨大。

2.2.2 華南某發(fā)電廠 1號(hào)機(jī)為某電機(jī)廠制造的600MW機(jī)組,2006年 12月 9日,W2引線燒斷,故障位置與前述華東地區(qū)某發(fā)電廠 1號(hào)機(jī)幾乎相同,當(dāng)時(shí)帶 580MW負(fù)荷,定子接地保護(hù)動(dòng)作跳機(jī),事故沒(méi)有擴(kuò)大。某電機(jī)廠制造且安裝在某發(fā)電廠的600MW發(fā)電機(jī)組在完成 168試運(yùn)行后停機(jī),于2007年 1月 28日再次開(kāi)機(jī)投運(yùn)時(shí)發(fā)生發(fā)電機(jī)定子繞組 W相 W2分支中性點(diǎn)引出線拉弧燒斷事故。

上述故障造成的主要原因是:發(fā)電機(jī)引線出水匯流管過(guò)細(xì),內(nèi)徑為 20～32mm。如發(fā)生故障時(shí),華南地區(qū)某發(fā)電廠的發(fā)電機(jī),機(jī)外的部分內(nèi)冷水管內(nèi)徑為 20mm,機(jī)組中間的個(gè)別閥門內(nèi)徑更小(如20mm),導(dǎo)致引線出水流速較慢,冷卻效果較差,若引線的上部積聚有氣泡時(shí),氣泡將很難被冷卻水帶走,造成汽堵。另外,某電機(jī)廠生產(chǎn)的發(fā)電機(jī),故障引線處還發(fā)現(xiàn)包含有雜質(zhì)(硫、磷等),使導(dǎo)電率上升,發(fā)熱增加。

因此,針對(duì)此類故障,加強(qiáng)監(jiān)造時(shí)引線的材質(zhì)化驗(yàn),檢查引線出水匯流管及中間閥門的內(nèi)徑,嚴(yán)格遵守內(nèi)冷水的相關(guān)規(guī)程,防止內(nèi)冷水回路堵塞。華北東部地區(qū)某發(fā)電廠在 2007年對(duì) 3號(hào)、4號(hào)發(fā)電機(jī)外部定子冷卻水匯流管進(jìn)行了改造,將內(nèi)徑為26mm的管路換為內(nèi)徑為38mm的管路,消除了設(shè)備隱患。

2.3 發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地情況

(1)2007年 11月 9號(hào),華東地區(qū)某發(fā)電廠1號(hào)機(jī)(某電機(jī)廠 600MW機(jī)組,水氫氫冷卻方式發(fā)電機(jī),型號(hào) QFSN-600-2YH)。并網(wǎng)后,帶140MW負(fù)荷,運(yùn)行了 2h,定子接地保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)。停機(jī)后,分相測(cè)量發(fā)電機(jī)絕緣電阻,V、W相超過(guò)1000MΩ,U相為 40MΩ。對(duì) U相進(jìn)行直流耐壓(帶水壓),升到 4000V后,在勵(lì)磁 U相一根下層線棒(7、8點(diǎn)位置)的引水管有放電。放電后,發(fā)現(xiàn)該引水管中間有水滲出,該引水管有缺陷,導(dǎo)致絕緣下降,而被擊穿,引起定子接地。被擊穿的引水管內(nèi)外表面未發(fā)現(xiàn)有沿面閃絡(luò)的痕跡。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況分析這次事故原因可能原因如下:被擊穿部位在制造或安裝過(guò)程中受局部應(yīng)力,造成機(jī)械疲勞的出現(xiàn),長(zhǎng)期在運(yùn)行水壓下造成損傷導(dǎo)致微滲水,致使電場(chǎng)分布發(fā)生變化,水中泄漏電流增加(擊穿的引水管處于 U相高電位區(qū))、水局部發(fā)熱嚴(yán)重時(shí)可能汽化,汽化的水蒸氣將形成一個(gè)高電導(dǎo)層,進(jìn)一步加劇發(fā)熱直至閃絡(luò),若嚴(yán)重時(shí)將局部燒熔引水管,造成引水管漏水,發(fā)生相對(duì)地短路。

(2)類似事件在華北某發(fā)電廠發(fā)生。該廠 2號(hào)發(fā)電機(jī)調(diào)試期間,直流耐壓試驗(yàn)時(shí)(60kV)時(shí)也發(fā)生過(guò)一根引水管擊穿。因此,調(diào)試和大修時(shí)應(yīng)在水壓試驗(yàn)后進(jìn)行帶正常水壓的直流耐壓試驗(yàn),可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)引水管的問(wèn)題。另外,加強(qiáng)發(fā)電機(jī)的監(jiān)造工作,保證引水管本身質(zhì)量和安裝質(zhì)量。

2.4 發(fā)電機(jī)定子槽楔松動(dòng)

華北西部某發(fā)電廠9號(hào)發(fā)電機(jī)(600MW,2006年投運(yùn))小修抽轉(zhuǎn)子后,檢查發(fā)電機(jī)定子線圈槽楔時(shí)發(fā)現(xiàn)定子槽楔大面積松動(dòng)。槽楔完全松動(dòng)的有 262塊之多,其它各段松動(dòng)槽楔超過(guò) 1/3長(zhǎng)的若干。分析是由于機(jī)組在安裝后,在高溫運(yùn)行條件下,有些線圈絕緣中的有機(jī)絕緣材料收縮量超標(biāo),或安裝時(shí)部分線圈絕緣墊條未填充充實(shí)造成槽楔松動(dòng)。因此,新投運(yùn)的發(fā)電機(jī)組,在首次檢修中,更應(yīng)加強(qiáng)這方面的檢查。

3 防止大型發(fā)電機(jī)組事故的措施和建議

3.1 加強(qiáng)近幾年新投運(yùn)發(fā)電機(jī)組的技術(shù)監(jiān)督

針對(duì)近年來(lái)大機(jī)組發(fā)電機(jī)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題,特別是在同一制造廠家的機(jī)組上重復(fù)出現(xiàn)的問(wèn)題應(yīng)引起重視,及時(shí)對(duì)其他機(jī)組進(jìn)行針對(duì)性檢查,提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患,確保機(jī)組安全運(yùn)行。

應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程進(jìn)行新投產(chǎn)機(jī)組的交接試驗(yàn)工作,對(duì)異常情況仔細(xì)分析、論證,建議新投運(yùn)機(jī)組運(yùn)行 1～2年后進(jìn)行槽楔松動(dòng)檢查;對(duì)水內(nèi)冷發(fā)電機(jī),建議在水壓試驗(yàn)后進(jìn)行定子繞組手包絕緣表面對(duì)地電位試驗(yàn)。

還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)大機(jī)組投運(yùn)初期的運(yùn)行情況的監(jiān)視,特別是應(yīng)該積極貫徹(《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求(國(guó)電發(fā)[2000]589號(hào))》(通常稱 25條)之《防止發(fā)電機(jī)損壞事故》)反事故措施中,關(guān)于發(fā)電機(jī)定冷水“定子線棒層間最高與最低溫度的溫差達(dá) 8K或定子線棒引水管出水溫差達(dá) 8K時(shí)應(yīng)報(bào)警,應(yīng)及時(shí)查明原因,此時(shí)可降低負(fù)荷。定子線棒溫差達(dá)14K或定子引水管出水溫差達(dá) 12K,或任一定子槽內(nèi)層間測(cè)溫元件溫度超過(guò) 90℃或出水溫度超過(guò) 85℃時(shí),在確認(rèn)測(cè)溫元件無(wú)誤后,應(yīng)立即停機(jī)處理”方面的規(guī)定。在 DCS中,應(yīng)加入溫差報(bào)警功能。此外,對(duì)定子鐵心及結(jié)構(gòu)間件的溫度監(jiān)視也不容忽視,在發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)溫度超出正常范圍時(shí),雖未超出其報(bào)警值,也應(yīng)引起重視,及時(shí)分析原因,防患于未然。

3.2 加強(qiáng)對(duì)漏氫(包括內(nèi)漏和外漏)和定子內(nèi)冷水堵塞等方面的監(jiān)督

通過(guò)人工巡檢和在線監(jiān)測(cè)儀表加強(qiáng)對(duì)外漏點(diǎn)的檢查,加強(qiáng)對(duì)油系統(tǒng)、主油箱內(nèi)、封閉母線、內(nèi)冷水箱漏氫量的監(jiān)測(cè);盡早安排新投運(yùn)發(fā)電機(jī)進(jìn)行溫升試驗(yàn),以檢查各溫度測(cè)點(diǎn)是否正常工作,并排除是否有定子內(nèi)冷水堵塞方面的問(wèn)題,留存基礎(chǔ)數(shù)據(jù);提前準(zhǔn)備第一次檢修前相關(guān)工作,認(rèn)真組織檢修項(xiàng)目,對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行盡可能全面的檢查,特別是對(duì)今后可以對(duì)發(fā)電機(jī)狀態(tài)評(píng)估有指導(dǎo)作用的數(shù)據(jù),包括溫升試驗(yàn)、定子繞組端部機(jī)械模態(tài)試驗(yàn)、定子繞組局放、定子繞組介損等項(xiàng)目。如果懷疑可能存在定子內(nèi)冷水堵塞問(wèn)題,建議檢修時(shí)采用 JB/T6228—1992《汽輪發(fā)電機(jī)繞組內(nèi)部水系統(tǒng)檢驗(yàn)方法及評(píng)定》中的熱水流法進(jìn)行檢測(cè),如果根據(jù)運(yùn)行情況基本確實(shí)有定子內(nèi)冷水堵塞問(wèn)題還應(yīng)準(zhǔn)備好線棒備品。

4 發(fā)電機(jī)大、小修的重點(diǎn)部位和檢修項(xiàng)目

4.1 發(fā)電機(jī)定子引線氣堵引起的定子繞組燒損檢查

對(duì)引進(jìn)美國(guó)西屋公司技術(shù)生產(chǎn)的引線和出線套管冷卻水回路有單獨(dú)的勵(lì)側(cè)至汽側(cè)的外部管路的發(fā)電機(jī),首次檢修時(shí),按照制造廠的設(shè)計(jì)要求校核外部管路的內(nèi)徑。

4.2 定子槽楔松動(dòng)引起的定子繞組絕緣故障檢查

在新發(fā)電機(jī)組投入運(yùn)行一年后以及大修時(shí),必須抽轉(zhuǎn)子進(jìn)行仔細(xì)檢查槽楔是否松動(dòng)并重新打緊松動(dòng)的槽楔。

4.3 定子繞組端部防暈層失效檢查

4.3.1 新機(jī)出廠時(shí)應(yīng)要求制造廠進(jìn)行定子繞組端部起暈試驗(yàn),起暈電壓不低于 1.0倍線電壓。

4.3.2 空冷發(fā)電機(jī)及繞組端部絕緣表面有變色甚至放電、碳化現(xiàn)象等明顯電暈特征的氫冷發(fā)電機(jī),或者試驗(yàn)中有不明原因的直流泄漏電流增大現(xiàn)象的發(fā)電機(jī),應(yīng)進(jìn)行起暈試驗(yàn)。

4.4 定子內(nèi)冷水路堵塞過(guò)熱檢查

4.4.1 機(jī)組大修時(shí),按要求對(duì)定子線棒進(jìn)行正反沖洗,應(yīng)對(duì)水內(nèi)冷定子、轉(zhuǎn)子線棒分路做流量試驗(yàn),必要時(shí)應(yīng)做熱水流試驗(yàn)。

4.4.2 定子繞組引水管裂紋漏水引發(fā)絕緣事故檢查

(1)檢修中應(yīng)對(duì)絕緣引水管的布置及完好性仔細(xì)進(jìn)行外觀檢查,絕緣引水管不得交叉接觸,引水管之間、引水管與端罩之間應(yīng)保持足夠的絕緣距離。

(2)引水管表面不能有裂紋、磨損、電燒傷等現(xiàn)象,并應(yīng)清潔其表面的油污。

(3)大修中應(yīng)按照制造廠的有關(guān)技術(shù)規(guī)范要求,進(jìn)行定子繞組水壓試驗(yàn)。

4.5 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地故障檢查

(1)對(duì)于某電機(jī)廠生產(chǎn)的600MW水、氫、氫發(fā)電機(jī),為防止轉(zhuǎn)子引線槽楔下墊片斷裂甩出造成的轉(zhuǎn)子繞組接地事故重演,應(yīng)將其更換為 Q235鋼制墊條。同型號(hào)機(jī)組未更換的必須安排更換。

(2)大修中,應(yīng)通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)子直阻或解體措施,重點(diǎn)檢查導(dǎo)電螺釘是否有由于與導(dǎo)電桿之間接觸不良引起的過(guò)熱跡象。

4.6 發(fā)電機(jī)定子鐵心損壞檢查

(1)大小修時(shí)對(duì)定子鐵心進(jìn)行詳細(xì)外觀檢查,有無(wú)鐵心松動(dòng)、粉末或黑色泥狀油污甚至斷齒等異常現(xiàn)象。

(2)有異常時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行發(fā)電機(jī)定子鐵心診斷試驗(yàn)(ELCID),或鐵損試驗(yàn),檢查鐵心片間絕緣有無(wú)短路以及鐵心發(fā)熱情況。

5 結(jié)語(yǔ)

600MW機(jī)組采用的技術(shù)參數(shù),對(duì)設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試、運(yùn)行、檢修等都提出了更高的要求,認(rèn)真總結(jié)分析目前 600MW機(jī)組在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中存在的問(wèn)題,做好各生產(chǎn)、管理過(guò)程中的技術(shù)監(jiān)控工作,對(duì)保證600MW機(jī)組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行至關(guān)重要。大型發(fā)電機(jī)組設(shè)備大修的管理,要全面徹底分析設(shè)備損壞或故障的原因,制定防范措施,明確機(jī)組完善的檢修方案。另外應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)行、檢修、試驗(yàn)人員的培訓(xùn),以適應(yīng)大機(jī)組安全運(yùn)行之要求。

設(shè)備成套和元件選擇必須考慮到安全可靠,以支撐主機(jī)的安全運(yùn)行,同時(shí)要充分顧及著力提高國(guó)內(nèi)設(shè)備制造水平,也為降低工程造價(jià)使得機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)后具備足夠的競(jìng)爭(zhēng)力等,所有都要在能夠保證設(shè)備安全運(yùn)行的前提下進(jìn)行,否則就是無(wú)木之本、無(wú)源之水。