發(fā)電機(jī)定子線圈端部絕緣支架損壞的原因分析與修復(fù)方案

李大厚 云 華

（1.江門(mén)市電力工程輸變電有限公司，廣東 江門(mén) 529000； 2.南海發(fā)電一廠有限公司，廣東 佛山 528200）

南海發(fā)電一廠#2 發(fā)電機(jī)系北京重型機(jī)械廠生產(chǎn)的QFSN-200-2 型產(chǎn)品，投產(chǎn)日期為1997年11月。發(fā)電機(jī)定子線圈采用三相雙層半組式線圈，其端部分為22.5°籃式漸開(kāi)線型，上下層平行，端部采用壓板加綁扎固定結(jié)構(gòu)，壓板螺栓采用內(nèi)外舌止動(dòng)墊圈將螺栓和螺母同時(shí)鎖定。

2005年7月，進(jìn)行#2 發(fā)電機(jī)組的大修時(shí)，發(fā)現(xiàn)勵(lì)側(cè)#18 線圈處的壓板槽口部螺栓已經(jīng)松動(dòng)，用手即可撥動(dòng)。取下該處螺母進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)該線圈處的絕緣支架已經(jīng)被松動(dòng)的螺栓磨損，磨損處周?chē)念伾植坑森h(huán)氧酚醛玻璃布板的黃色變?yōu)榛野咨?，存在過(guò)熱炭化的現(xiàn)象。#18 線圈上層引線R處由于被螺栓磨損，單邊絕緣厚度已經(jīng)由 6mm 降至約1mm。#18 線圈為B 相繞組。而相鄰的#19 線圈為C相繞組。若不及時(shí)處理，在運(yùn)行時(shí)隨時(shí)可能出現(xiàn)相間短路甚至燒毀發(fā)電機(jī)的重大事故發(fā)生。

1 原因分析

在發(fā)現(xiàn)#2 發(fā)電機(jī)勵(lì)側(cè)#18 線圈處支架和壓板螺栓的缺陷后，按照南方電網(wǎng)頒布的預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行了發(fā)電機(jī)端部固有振動(dòng)頻率以及模態(tài)分析的試驗(yàn)，重點(diǎn)是發(fā)電機(jī)的勵(lì)側(cè)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

勵(lì)側(cè)鼻端 勵(lì)側(cè)槽口 汽側(cè)鼻端 汽側(cè)槽口 頻率/Hz 振形 頻率/Hz 振形 頻率/Hz 振形 頻率/Hz 振形 77.5 混合 79 擺動(dòng) 146.0 橢圓 145.0 近似橢圓 98.5 混合 115.5 近似橢圓 116.0 橢圓 134.5 近似橢圓 135.0 近似橢圓

試驗(yàn)是在發(fā)電機(jī)未通內(nèi)冷水的情況下做的，從試驗(yàn)結(jié)果可以看出勵(lì)側(cè)鼻端存在116.0Hz 的橢圓振形,槽口部存在115.5Hz 的近似橢圓振形。若在通水的情況下做此項(xiàng)試驗(yàn)，頻率還會(huì)降至115.5Hz 以下，說(shuō)明發(fā)電機(jī)勵(lì)側(cè)端部固有振動(dòng)頻率接近共振頻率。

#2 發(fā)電機(jī)在1999年1月進(jìn)行首次大修時(shí)，發(fā)現(xiàn)汽側(cè)端部壓板螺栓有一個(gè)螺母松動(dòng)脫落的情況，當(dāng)時(shí)懷疑是廠家未上緊螺母造成。2001年6月#2 發(fā)電機(jī)進(jìn)行了第二次大修時(shí)，專(zhuān)門(mén)對(duì)發(fā)電機(jī)汽側(cè)、勵(lì)側(cè)的端部壓板螺栓進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)有半數(shù)以上的壓板螺栓存在不同程度的松動(dòng)，部分螺母可以旋緊1～2 圈，當(dāng)時(shí)所做的發(fā)電機(jī)端部固有振動(dòng)頻率及模態(tài)分析的試驗(yàn)表明汽側(cè)、勵(lì)側(cè)均不存在94～115Hz的橢圓振形的模態(tài)。本次大修，對(duì)發(fā)電機(jī)其他部位的壓板螺栓進(jìn)行了檢查，并未見(jiàn)到螺母松動(dòng)的情況出現(xiàn)。

根據(jù)歷次大修的情況分析，造成#18 線圈處壓板螺栓松動(dòng)、絕緣支架磨損的原因可能有以下幾個(gè)方面：

1）設(shè)計(jì)上的原因。由于設(shè)計(jì)上的原因，絕緣支架支撐面不足夠，壓板的接觸面小，造成受力不均勻，運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生較強(qiáng)的振動(dòng)。

2）工藝上的原因。由于發(fā)電機(jī)端部絕緣支架和壓板等部件的安裝是手工環(huán)節(jié)較多的位置，在安裝時(shí)如注入的樹(shù)脂等填充物不飽滿、適形勢(shì)不均勻、螺栓安裝的緊力不均勻，都可能引起端部的固有振動(dòng)頻率偏離設(shè)計(jì)值，接近共振頻率。

3）運(yùn)行方式上的原因。在發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，由于系統(tǒng)擾動(dòng)，如電網(wǎng)事故、負(fù)荷波動(dòng)、突然甩負(fù)荷等情況下，發(fā)電機(jī)端部都會(huì)受到較強(qiáng)的機(jī)械力沖擊，會(huì)造成發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的薄弱點(diǎn)的變形及結(jié)構(gòu)損傷。由于#2 發(fā)電機(jī)屬于調(diào)峰機(jī)組，負(fù)荷變化大，起停頻繁，這是可能的原因之一。

4）檢修上的原因。在每次大修時(shí)，都會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)汽側(cè)和勵(lì)側(cè)兩端的支架、壓板等進(jìn)行檢查，重新緊固端部的壓板螺栓，可能因此產(chǎn)生端部固有振動(dòng)頻率的改變。

2 處理措施及修后試驗(yàn)

2.1 處理措施

首先上拆除已經(jīng)磨損需要更換的絕緣支架。由于絕緣支架放置在定子線圈引出線與匯水環(huán)之間（支架為環(huán)氧酚醛玻璃布板厚約80mm，重15kg）,無(wú)法完整取下，只能將支架破壞后取出。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)絕緣支架的備品備件，與北京重型電機(jī)廠取得聯(lián)系后，廠家派人攜帶支架前來(lái)指導(dǎo)支架的修復(fù)工作。

廠家制定的修復(fù)方案是切割阻擋支架安裝的一段匯水環(huán)，待支架裝復(fù)后，再重新焊接回切割掉的這段匯水環(huán)。此修復(fù)方案在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施不太符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在切割和焊接時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致雜質(zhì)進(jìn)入?yún)R水環(huán)，這是不允許的，并且工期較長(zhǎng)，可能影響機(jī)組大修的結(jié)束工期。

在查閱廠家的圖紙及有關(guān)資料后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，重新制定了修復(fù)方案。具體的做法是：將定子線圈引出線R處用絕緣清洗劑清洗干凈，在絕緣磨損處用11 層粉云母帶刷樹(shù)脂補(bǔ)上，保證其絕緣強(qiáng)度達(dá)到或超過(guò)原有水平。

由于絕緣支架無(wú)法完整的放置在引出線和匯水環(huán)之間，需要將絕緣支架與匯水環(huán)接觸的部位切去一部分，以便支架的放入。然后根據(jù)支架與匯水環(huán)之間的間隙大小，用樹(shù)脂板做一個(gè)適形塊，刷上樹(shù)脂膠輕輕敲入間隙內(nèi)，再穿入螺桿，安裝壓板，用樹(shù)脂膠盡量塞滿縫隙，最后緊固螺母。絕緣支架安裝結(jié)束后，待樹(shù)脂膠干透，表面噴漆。

2.2 修后試驗(yàn)及分析

1）作電位外移試驗(yàn)，槽口處電壓為0 ，手包絕緣處電壓為200V，符合規(guī)程要求。

2）作發(fā)電機(jī)端部固有振動(dòng)頻率及模態(tài)分析的試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 修后電機(jī)端部固有振動(dòng)頻率及模態(tài)分析試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)上來(lái)看，發(fā)電機(jī)勵(lì)側(cè)端部已經(jīng)不存在94～115Hz 橢圓振形，但還有比較危險(xiǎn)的數(shù)值，如118.0Hz 的近似橢圓振形、117.8Hz 的近似橢圓振形。在機(jī)組運(yùn)行時(shí)加強(qiáng)監(jiān)視。

3 結(jié)論

對(duì)#2 發(fā)電機(jī)勵(lì)側(cè)絕緣支架的修復(fù)工作，沒(méi)有對(duì)發(fā)電機(jī)端部結(jié)構(gòu)作大的改動(dòng)的情況下，完成了線圈引出線絕緣的修復(fù)和絕緣支架的更換，機(jī)組運(yùn)行數(shù)月后，利用小修的機(jī)會(huì)對(duì)勵(lì)側(cè)端部進(jìn)行了檢查，未發(fā)現(xiàn)任何異常，證明處理措施是可行的。

發(fā)電機(jī)端部固有振動(dòng)頻率測(cè)試及模態(tài)分析試驗(yàn)作為一項(xiàng)較為成熟的試驗(yàn)手段已經(jīng)在電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，用來(lái)檢測(cè)和評(píng)價(jià)大型汽輪以發(fā)電機(jī)定子線圈端部結(jié)構(gòu)是否可靠。在南方電網(wǎng)已經(jīng)將此試驗(yàn)方法編入南方電網(wǎng)編制的電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程。

引起發(fā)電機(jī)端部固有振動(dòng)頻率接近共振頻率的原因有很多，需要作好同型發(fā)電機(jī)和歷次大小修試驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集工作以及發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀況變化的資料收集，從中尋找規(guī)律性的東西，并以此來(lái)指導(dǎo)機(jī)組的檢修和運(yùn)行。