390 MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子故障分析與處理

孫國(guó)彬，宋繼平

(大唐淮北發(fā)電廠，安徽淮北 235000)

390 MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子故障分析與處理

孫國(guó)彬，宋繼平

(大唐淮北發(fā)電廠，安徽淮北 235000)

介紹了由美國(guó)GE公司授權(quán)制造的390 MW燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組,在運(yùn)行2年及開(kāi)停300多次后,再次啟動(dòng)發(fā)生7X(7號(hào)軸瓦水平軸振)過(guò)臨界時(shí)振動(dòng)值達(dá)到190 μm,嚴(yán)重超出規(guī)定允許值。繼續(xù)檢查、測(cè)量、分析判斷引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈絕緣發(fā)生事故。對(duì)檢查、測(cè)量和分析處理的過(guò)程作了簡(jiǎn)要介紹。

發(fā)電機(jī)；轉(zhuǎn)子；匝間絕緣；線圈位移；振動(dòng)分析；動(dòng)平衡

0 引言

熱電聯(lián)產(chǎn)是國(guó)內(nèi)、外公認(rèn)的有效節(jié)能措施，具有節(jié)約能源、改善環(huán)境、提高供熱質(zhì)量、增加電力供應(yīng)等綜合效益。熱電廠的建設(shè)是改善城市大氣環(huán)境質(zhì)量的有效手段之一，也是提高人民生活質(zhì)量的公益性基礎(chǔ)設(shè)施。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和改革開(kāi)放的不斷深入，全社會(huì)能源需求逐漸提高，我國(guó)能源應(yīng)用結(jié)構(gòu)也發(fā)生較大變化，海上石油天然氣的不斷開(kāi)發(fā)、西氣東輸合理高效應(yīng)用，促使沿?；蚪?jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)加大了燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的安裝和建設(shè)。改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)熱電聯(lián)產(chǎn)事業(yè)得到了迅速發(fā)展，對(duì)促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展起到了重要作用。由于此類(lèi)型機(jī)組，其起動(dòng)、停機(jī)快捷，熱電燃機(jī)作為調(diào)峰機(jī)組，廣泛得到應(yīng)用。但近幾年，由于應(yīng)用引進(jìn)技術(shù)在消化、吸收方面，還存在個(gè)別細(xì)節(jié)上的缺失，以致引發(fā)引進(jìn)技術(shù)設(shè)備的設(shè)備事故。如何根據(jù)燃機(jī)機(jī)組頻繁起、停機(jī)的特點(diǎn)，科學(xué)吸收外方技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)多方生產(chǎn)制造的大型設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行成套安裝調(diào)試等, 提高引進(jìn)技術(shù)設(shè)備的質(zhì)量值得深思。

1 設(shè)備事故簡(jiǎn)況

1.1 發(fā)電機(jī)是由美國(guó)GE公司授權(quán)制造。型號(hào)390H，主要參數(shù)為：視在功率468 MVA、有功功率397.8 MW、功率因數(shù)0.85、2極、3相、50 Hz、3 000 r/min、Y接線、全氫冷、F級(jí)絕緣、額定電壓19kV、額定電流14 221 A、 勵(lì)磁電壓750 V、 勵(lì)磁電流2 360 A、 線圈溫度103℃、 鐵心溫度120℃、氣體溫度40℃、氫氣純度98%、氫氣壓力414 kPa。

1.2 2號(hào)機(jī)組于2007年3月5日投產(chǎn)。至2009年2月事發(fā)前，該燃機(jī)作為調(diào)峰機(jī)組，頻繁起、停機(jī)，整套發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀況良好。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)7瓦軸振水平基本穩(wěn)定在70 μm。但自2009年3月份以來(lái)，啟動(dòng)時(shí)在過(guò)一階臨界轉(zhuǎn)速(約840 r/min)時(shí)的振動(dòng)數(shù)據(jù)呈逐漸上升趨勢(shì)，在3月21日高達(dá)到190 μm。

2 事故設(shè)備檢查過(guò)程及分析

3月30日機(jī)組經(jīng)冷卻后停止盤(pán)車(chē)，分別測(cè)量了零轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子的直流電阻和交流阻抗及3 000轉(zhuǎn)下交流阻抗，零轉(zhuǎn)速下交流阻抗與交接時(shí)相比下降約17%。3 000轉(zhuǎn)下交流阻抗下降約38%。基本確定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子存在匝間短路。

3月24日，請(qǐng)東南大學(xué)國(guó)家振動(dòng)中心專(zhuān)家、江蘇電力科學(xué)研究院的有關(guān)技術(shù)人員來(lái)廠現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試分析。進(jìn)行了兩次升速試驗(yàn)，在升速過(guò)程中(發(fā)電機(jī)加勵(lì)磁)，7X(7號(hào)軸瓦水平軸振)過(guò)臨界時(shí)振動(dòng)峰值分別達(dá)到161 μm和181 μm，而在降速過(guò)程中，發(fā)電機(jī)去勵(lì)磁后，振動(dòng)立即恢復(fù)至正常值。說(shuō)明發(fā)電機(jī)異常振動(dòng)與加載勵(lì)磁相關(guān)。

與省調(diào)度中心聯(lián)系，安排2號(hào)機(jī)組檢修，進(jìn)行發(fā)電機(jī)的故障檢修處理，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行抽發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子工作。4月10日將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子抽出?，F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行兩極電壓試驗(yàn)，兩極電壓差為26 V左右。說(shuō)明確實(shí)存在匝間短路。進(jìn)一步進(jìn)行分部電壓測(cè)量，判斷匝間短路存在于第6槽和第9槽。

在拆除勵(lì)側(cè)護(hù)環(huán)，檢查發(fā)現(xiàn)端部線圈R彎處的匝間絕緣移位現(xiàn)象嚴(yán)重，膠水已經(jīng)沒(méi)有粘性，有的已經(jīng)跑出。拆除汽側(cè)護(hù)環(huán)，檢查端部線圈匝間絕緣，R彎處的匝間絕緣移位現(xiàn)象比勵(lì)側(cè)更加嚴(yán)重，普遍存在。端部直線部分的匝間絕緣也有移位。從端部情況來(lái)看匝間短路不是一點(diǎn)，而是存在多點(diǎn)故障和絕緣位移的情況，需要更換全部轉(zhuǎn)子繞組的直線絕緣和端部絕緣并涂膠中溫固化，由于現(xiàn)場(chǎng)和南京汽輪發(fā)電機(jī)廠均不具備轉(zhuǎn)子線圈中溫加熱固化和高速動(dòng)平衡的條件，決定返中國(guó)哈動(dòng)哈爾濱電機(jī)廠檢修。立即聯(lián)系大件運(yùn)輸單位調(diào)運(yùn)車(chē)輛，于4月18日20時(shí)將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子裝車(chē)后出發(fā)返廠處理。處理將要經(jīng)過(guò)線圈拆除、清理、中溫固化、下線、試驗(yàn)、動(dòng)平衡等多道工序，處理時(shí)間大約20多天。派專(zhuān)人與哈電協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)子返廠處理。

端部匝間絕緣的情況見(jiàn)圖1。

圖1 端部匝間絕緣

端部直線部分明顯的匝間短路點(diǎn)在勵(lì)側(cè)第3、4匝(見(jiàn)圖2、圖3)，槽內(nèi)部分的匝間絕緣有脫膠(見(jiàn)圖4)、斷裂(見(jiàn)圖5)、移位等現(xiàn)象。

圖2 匝間短路點(diǎn)之一

圖3 匝間短路點(diǎn)之二

圖4 匝間絕緣脫膠

圖5 匝間絕緣斷裂

3 故障設(shè)備解體處理與原因分析情況

哈爾濱電機(jī)廠對(duì)電廠2號(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間絕緣移位的分析及處理。

3.1 故障設(shè)備產(chǎn)品背景

該廠1號(hào)、2號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組，是在GE動(dòng)力系統(tǒng)許可證項(xiàng)下，哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱(chēng)HEC)制造的 390H 型產(chǎn)品，分別于2006年8月30日和2006年10月30日出廠。該型產(chǎn)品技術(shù)是GE公司成熟的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，同類(lèi)型設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)機(jī)組在全球范圍內(nèi)，運(yùn)行臺(tái)數(shù)較多。

該電廠1號(hào)、2號(hào)發(fā)電機(jī)，在HEC的出廠工作編號(hào)分別為A00346-14 和A00346-15，該廠的2號(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)匝間絕緣移位，是HEC此型號(hào)產(chǎn)品首次發(fā)生、也是首臺(tái)采用GESUPPLY提供的成品匝間絕緣墊條(含槽部、轉(zhuǎn)角和弧部)作為轉(zhuǎn)子銅線間的絕緣材料。這種匝間絕緣墊條涂有B 階段粘接膠。

事件回顧：該電廠2號(hào)發(fā)電機(jī)自2007年3月5 日投產(chǎn)以來(lái)，發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀況良好，累計(jì)啟停機(jī)327次 。2009年3月份始，該機(jī)7X (7號(hào)軸瓦水平軸振)軸振呈逐漸上升趨勢(shì)。在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)轉(zhuǎn)子升速過(guò)發(fā)電機(jī)一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)(約800 r/min)，發(fā)電機(jī)前軸承7X 軸振有明顯增大，最大達(dá)到192 μm。2009 年3月30日電廠停盤(pán)車(chē)后進(jìn)行了轉(zhuǎn)子直流電阻、轉(zhuǎn)子交流阻抗試驗(yàn)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：轉(zhuǎn)子交流阻抗較發(fā)電機(jī)安裝交接試驗(yàn)數(shù)據(jù)有較大變化，以150 V 試驗(yàn)數(shù)據(jù)為例，變化約17%。

針對(duì)上述振動(dòng)及電氣試驗(yàn)，HEC電派遣質(zhì)量保證部和汽發(fā)分廠專(zhuān)業(yè)人員赴電廠進(jìn)行再次確認(rèn)，判定轉(zhuǎn)子存在匝間短路的可能性。為了保證診斷準(zhǔn)確性，需將轉(zhuǎn)子抽出后進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，將試驗(yàn)結(jié)果與出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。4 月10 日，轉(zhuǎn)子抽出后進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)并進(jìn)行了轉(zhuǎn)子端部窺鏡檢查，確認(rèn)轉(zhuǎn)子匝間短路，端部轉(zhuǎn)角絕緣80%移位，如圖6、圖7所示。

圖6 轉(zhuǎn)子端部檢查之一

圖7 轉(zhuǎn)子端部檢查之二

電廠方希望在保證質(zhì)量的前提下，力爭(zhēng)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障處理。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，4月11日上午HEC召開(kāi)故障處理會(huì)議，組織工具和搶修材料。4月12日搶修工具和第一批材料包裝發(fā)貨，同時(shí)派遣產(chǎn)品設(shè)計(jì)部、制造工藝部、絕緣室、線圈分廠、汽發(fā)分廠專(zhuān)業(yè)人員等人赴現(xiàn)場(chǎng)。為保證現(xiàn)場(chǎng)工期要求，緊急組織和生產(chǎn)第二批搶修材料，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行拆護(hù)環(huán)和線圈工作。

在現(xiàn)場(chǎng)拆除9號(hào)線圈后，發(fā)現(xiàn)槽內(nèi)直線段匝間絕緣也存在移位、斷裂、重疊、成波浪狀、凹陷等不同現(xiàn)象的絕緣損壞，需更換匝間絕緣。匝間絕緣的固化溫度要達(dá)到120℃以上，而現(xiàn)場(chǎng)不具備加熱用烘爐。經(jīng)電廠多方努力，仍不具備現(xiàn)場(chǎng)固化匝間絕緣的條件，4月17日電廠方同意返廠修復(fù)。4月21 日21時(shí)30分，2號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)輸車(chē)進(jìn)入HEC廠房，當(dāng)即開(kāi)始了搶修的一系列工作，將直至轉(zhuǎn)子修復(fù)合格出廠。

3.2 轉(zhuǎn)子匝間絕緣移位的現(xiàn)象

轉(zhuǎn)角匝間絕緣大部分偏移，其中往外甩的多，內(nèi)R處也有甩出，個(gè)別的掉出，見(jiàn)圖8，圖9。

圖8 轉(zhuǎn)角絕緣甩出

圖9 轉(zhuǎn)角絕緣內(nèi)R 處甩出

3.3 直線端部絕緣部分甩出

直線端部絕緣甩出，見(jiàn)圖10，圖11。

圖10 端部絕緣甩出之一

圖11 端部絕緣甩出之二

槽內(nèi)線圈邊上、孔里有膠溢痕跡，見(jiàn)圖12～圖15。

圖12 轉(zhuǎn)角處流膠之一

圖13 槽內(nèi)流膠之一

圖14 轉(zhuǎn)角處流膠之二

圖15 槽內(nèi)流膠之二

位于兩端槽內(nèi)1 m 范圍內(nèi)的直線匝間絕緣大部分已粘接不牢，槽內(nèi)絕緣成波浪狀、斷裂、重疊、移位，見(jiàn)圖16、圖17。

圖16 槽內(nèi)絕緣之一

圖17 槽內(nèi)絕緣之二

3.4 設(shè)備發(fā)生事故的技術(shù)因素分析

經(jīng)全臺(tái)線圈拆出和對(duì)匝間絕緣粘接狀態(tài)的細(xì)致查看，經(jīng)技術(shù)分析認(rèn)為：匝間絕緣移位的主要原因是絕緣墊條和銅排粘接強(qiáng)度不高所致。

本臺(tái)產(chǎn)品使用的匝間絕緣材料由美國(guó) GE 公司提供，匝間墊條上自帶粘接膠，HEC 首次(僅采購(gòu)了3 臺(tái)份此種匝間絕緣)使用。390H 型產(chǎn)品的技術(shù)引進(jìn)中，不包括有關(guān)絕緣方面的技術(shù)轉(zhuǎn)讓?zhuān)诓煌耆莆胀夥焦に嚨那疤嵯虏捎昧薍EC 原有匝間絕緣烘壓工藝。本臺(tái)產(chǎn)品粘接后，未發(fā)現(xiàn)有開(kāi)裂現(xiàn)象便進(jìn)行下線。

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所見(jiàn)匝間絕緣粘接狀態(tài)及溢膠現(xiàn)象，可以確定，有些匝間墊條上的粘接膠并沒(méi)有完全固化好，使粘接強(qiáng)度未達(dá)到最佳狀態(tài)。

用于定位刷的少量 JX-9 膠，固化較好，但其粘接面積不均勻，造成JX-9 膠粘接點(diǎn)間那些粘接強(qiáng)度不高的墊條開(kāi)膠后產(chǎn)生變形、抻開(kāi)、斷裂、折疊等現(xiàn)象。這更證明自帶粘接膠的匝間墊條粘接強(qiáng)度不高。

燃機(jī)作為調(diào)峰機(jī)組，而頻繁起停機(jī)，使得轉(zhuǎn)子銅線和直線匝間絕緣熱漲及冷縮交替頻繁，更使上述缺陷嚴(yán)重化。

4 修復(fù)處理結(jié)果及預(yù)防措施

1) 2號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子返廠，按《××××發(fā)電廠2號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子返哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司搶修方案》執(zhí)行。 HEC將××××發(fā)電廠2號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子匝間絕緣粘接采用HEC 成熟的工藝和材料。在保證質(zhì)量的前提下，按《返修方案》，傾全力(人員、工裝設(shè)備、材料組織)、加班加點(diǎn)工作，力爭(zhēng)用最短時(shí)間將修復(fù)后的轉(zhuǎn)子送出廠。

2) 同型號(hào)1號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣故障的預(yù)防。運(yùn)行中關(guān)注各振動(dòng)值變化，停機(jī)時(shí)要做轉(zhuǎn)子的內(nèi)窺鏡和相關(guān)的電氣檢查，以判斷匝間絕緣粘接狀態(tài)。

孫國(guó)彬，男，1963年生，高級(jí)技師/工程師，從業(yè)大唐淮北發(fā)電廠，從事電氣設(shè)備運(yùn)行與管理32年，大唐集團(tuán)公司最近3屆“112”(B)人才，研究方向—電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化。

宋繼平，男，1972年生，大學(xué)，高級(jí)工程師，從事電氣設(shè)備運(yùn)行與管理工作，研究方向—電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化。