大容量發(fā)電機(jī)定子鐵芯故障調(diào)查及治理

晏桂林, 龔 寧

?

大容量發(fā)電機(jī)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(zhǎng)沙, 410007; 2. 湖南省電力公司 柘溪水力發(fā)電廠, 湖南 益陽, 413508)

對(duì)湖南省內(nèi)發(fā)電機(jī)定子鐵芯工作情況進(jìn)行了調(diào)查, 根據(jù)調(diào)查結(jié)果, 總結(jié)了發(fā)電機(jī)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(jī)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(yùn)行要求高等特點(diǎn). 近幾年來, 湖南省內(nèi)上網(wǎng)發(fā)電機(jī)鐵芯問題頻出, 問題較輕者, 造成運(yùn)行過程中發(fā)電機(jī)運(yùn)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(jī)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(jì)損失, 為全面了解大型發(fā)電機(jī)鐵芯故障的表現(xiàn)形式及有針對(duì)性地處理和預(yù)防同類型事故的發(fā)生, 作者對(duì)近幾年來湖南省內(nèi)大型發(fā)電機(jī)鐵芯故障進(jìn)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(jī)鐵芯“跑片”狀態(tài)圖

1 汽輪發(fā)電機(jī)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(hào)發(fā)電機(jī)為哈爾濱電機(jī)廠生產(chǎn)的型號(hào)為QFSN-300-2汽輪發(fā)電機(jī)組, 2005年投產(chǎn).2008年大修檢查時(shí), 發(fā)現(xiàn)在發(fā)電機(jī)人孔門處電機(jī)鐵芯有“跑片”現(xiàn)象. 近幾年的運(yùn)行結(jié)果表明, 發(fā)電機(jī)一直存在振動(dòng)現(xiàn)象, 且在180 MW～200 MW負(fù)荷點(diǎn), 振動(dòng)尤為劇烈. 2010年發(fā)電機(jī)大修檢查時(shí), 發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)“跑片”有所增加, 通過觀察, 松動(dòng)的硅鋼片達(dá)到7、8片之多, 松動(dòng)最嚴(yán)重處達(dá)6 mm左右, 松動(dòng)狀態(tài)如圖1所示.

1.2 定子鐵芯松動(dòng)引起發(fā)熱

某廠4號(hào)發(fā)電機(jī)為上海電機(jī)廠生產(chǎn)的600 MW QFSN水氫氫汽輪發(fā)電機(jī)組, 2006年投產(chǎn). 2009年機(jī)組檢修時(shí), 在勵(lì)端第一檔發(fā)現(xiàn)極少量黑色油泥, 同時(shí)使用推力計(jì), 檢測(cè)汽、勵(lì)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(lì)端嚴(yán)重, 本體和汽端相對(duì)勵(lì)端較好. 對(duì)穿心螺桿和定位螺桿剩余緊力進(jìn)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(cè)汽、勵(lì)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(lì)端平均剩余緊力為額定緊力的87%. 且在勵(lì)端發(fā)現(xiàn)有硅鋼片燒損痕跡.

1.3 定子鐵芯振動(dòng)及噪音

某廠4號(hào)發(fā)電機(jī)為哈爾濱電機(jī)廠生產(chǎn)的型號(hào)為QFSN-300-2汽輪發(fā)電機(jī), 自2004年以來, 該發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中一直存在有電磁噪音, 為了解振動(dòng)及噪音具體情況, 專門對(duì)4號(hào)發(fā)電機(jī)進(jìn)行了振動(dòng)和噪音測(cè)量, 振動(dòng)測(cè)點(diǎn)布置為: 在定子機(jī)座的中部布置振動(dòng)測(cè)點(diǎn), 同時(shí)在勵(lì)端和汽端軸承座垂直、水平和軸向3方向布置測(cè)點(diǎn), 測(cè)量軸承座的振動(dòng), 噪音測(cè)點(diǎn)布置在機(jī)殼兩側(cè), 共10個(gè), 測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示. 依次在不同工況下對(duì)振動(dòng)及噪音進(jìn)行測(cè)試, 測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)各有功工況下噪聲均超過新機(jī)出廠值要求的92 db, 最大達(dá)到103 db.

勵(lì)端678910汽端 發(fā) 電 機(jī) 12345

2 發(fā)電機(jī)鐵芯故障原因分析

2.1 發(fā)電機(jī)定子鐵芯沖片的影響

現(xiàn)代大型發(fā)電機(jī)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(jī)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(yùn)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(huì)造成疊壓系數(shù)過低, 使得發(fā)電機(jī)鐵芯整體呈松動(dòng)狀態(tài), 而發(fā)電機(jī)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?yàn)檎駝?dòng)等原因受損或變低, 發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中同樣會(huì)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(shí), 渦流損耗會(huì)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(huì)損傷鐵芯拉緊螺桿的絕緣, 造成鐵芯多點(diǎn)接地故障; 另一方面, “跑片”的硅鋼片旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)觸及定子線圈絕緣體系, 造成絕緣磨損, 而且一旦松動(dòng)硅鋼片出現(xiàn)斷裂, 刺入定子線圈, 同樣會(huì)傷及定子絕緣, 造成定子線圈接地事故[2].

2.2 發(fā)電機(jī)定子鐵芯絕緣漆的影響

發(fā)電機(jī)鐵芯硅鋼片間絕緣主要通過絕緣漆來實(shí)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(guó)目前使用的硅鋼片漆大多為有機(jī)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(diǎn)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(huì)使得絕緣漆膜厚度和絕緣電阻下降, 從而鐵芯松動(dòng)進(jìn)一步加劇. 另外, 絕緣漆若發(fā)生老化或者碳化, 也會(huì)造成硅鋼片的片間短路.

2.3 湖南省內(nèi)發(fā)電機(jī)鐵芯故障原因調(diào)查

2010年, 對(duì)湖南省內(nèi)并網(wǎng)汽輪發(fā)電機(jī)故障鐵芯進(jìn)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(dòng)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(diǎn): ① 各故障發(fā)電機(jī)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(shí), 不能有效壓緊鐵芯, 或者即使能暫時(shí)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(yùn)行過程中鐵芯再度變松. ②發(fā)電機(jī)本身結(jié)構(gòu)上的原因?qū)е妈F芯不能壓緊, 哈爾濱電機(jī)廠生產(chǎn)的300 MW汽輪發(fā)電機(jī)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(duì)于鐵芯齒部的松動(dòng)不能有效壓緊. 正是這些原因的存在導(dǎo)致省內(nèi)多臺(tái)發(fā)電機(jī)鐵芯頻出故障.

3 鐵芯松動(dòng)后的檢查及預(yù)防處理措施

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

若發(fā)現(xiàn)有鐵芯松動(dòng)現(xiàn)象, 要及時(shí)處理, 現(xiàn)場(chǎng)處理方式有3種: ① 對(duì)于齒部或背部部分松動(dòng)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(jìn)行局部處理; ② 若鐵芯已整體松動(dòng), 建議采用專用工具對(duì)穿心螺桿和定位螺桿的壓力進(jìn)行補(bǔ)充的方式進(jìn)行整體緊固; ③ 若松動(dòng)硅鋼片傷及到定子線棒絕緣, 應(yīng)及時(shí)更換線棒, 防止事故范圍進(jìn)一步擴(kuò)大[4].

4 結(jié)語

近年來, 湖南省內(nèi)發(fā)電機(jī)定子鐵芯故障頻發(fā), 嚴(yán)重的鐵芯故障實(shí)際造成的經(jīng)濟(jì)損失和修復(fù)難度遠(yuǎn)比單純絕緣事故要嚴(yán)重得多, 應(yīng)該引起人們?cè)跈z修和運(yùn)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(jī)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(duì)于發(fā)電機(jī)定子鐵芯的運(yùn)行、檢修和維護(hù)具有一定的指導(dǎo)作用.

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

[2] 張建忠, 劉長(zhǎng)江, 劉宏志, 等. 大型汽輪發(fā)電機(jī)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(jī)故障診斷技術(shù)的發(fā)展與展望[J]. 汽輪機(jī)技術(shù), 2000, 42(1): 1—6.

[4] 嚴(yán)可國(guó). 大型汽輪發(fā)電機(jī)組故障診斷方法及監(jiān)測(cè)保護(hù)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)