淺談大型發(fā)電機鐵芯松動的成因及對策

陳嘉峰

哈爾濱電機廠有限責任公司 黑龍江哈爾濱 150040

摘要：近年來全國大容量機組越來越多，發(fā)電機的容量、體積、電流與溫升也隨之增大，對發(fā)電機的定子線圈絕緣包扎、端部固定及定子鐵芯的端部漏磁都提出了更高要求。本文把一電廠4號發(fā)電機因為鐵芯松動發(fā)生匝間短路而導(dǎo)致定子線圈接地故障的經(jīng)過、檢查、處理及原因分析進行了詳細闡述，總結(jié)經(jīng)驗教訓，提出了應(yīng)該采取的預(yù)防措施等，為從事發(fā)電企業(yè)的各位同仁提供借鑒和建議。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機；鐵芯松動；匝間短路；原因分析；防范措施

1.設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單概述及事件經(jīng)過及現(xiàn)場檢查

600MW等級汽輪發(fā)電機定子鐵心全長6300mm，軸向共分96段，每段之間有6mm通風道，通風槽鋼高度為6mm，靠近兩端3段鐵心為階梯段（項號片）并粘接成一體（見圖1）。

該發(fā)電機2009年12月10日通過168h考核，2013年4月檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機汽端定子端部階梯鐵芯5點位置燒損，燒損深度大約距離上層線棒的上表面三分之一處。另有四處鐵芯松動，通風槽鋼有三處斷裂。線棒側(cè)面絕緣燒損，大約有深1-2mm。見下圖。

修理后時隔一年又發(fā)生鐵心故障，并導(dǎo)致定子繞組接地嚴重事故，檢查確認定子鐵芯汽端端部有燒損及斷齒現(xiàn)象。通風槽鋼斷裂。共三處。34號槽定子線棒接地。（為第6種線棒）故障點見下圖.

2.故障原因剖析

2.1定子鐵心故障機理：一般分為有效鐵心壓裝變松、片間絕緣損壞、鐵心壓指或通風槽鋼壓偏脫落，鐵心齒部疲勞斷裂，鐵心局部燒熔。有效鐵心壓裝變松是鐵心故障中最常見和最易發(fā)生的，同時鐵心變松故障的發(fā)展導(dǎo)致片間絕緣損壞，鐵心振動等漸進式惡性循環(huán)故障。由于制造時出現(xiàn)偏差積累，在發(fā)熱、振動及電磁力的長期作用下，使端部產(chǎn)生過量松弛，進而片間出現(xiàn)振動，相互打擊、摩擦致使片間出現(xiàn)絕緣損壞和金屬疲勞斷齒，造成鐵心沖片間短路，形成閉合渦流環(huán)路在沖片間產(chǎn)生較大環(huán)流，使短路點嚴重過熱，又使相鄰沖片絕緣損壞，造成沖片短路面積逐漸擴大，此時由于閉合環(huán)路中磁通量增加，導(dǎo)致閉合環(huán)路的電流成倍增加，如此形成惡性循環(huán)，造成嚴重鐵心燒損。在振動因素的影響下，還存在短路點形成火花放電，造成齒部燒熘斷齒。同時使相鄰槽內(nèi)的線棒絕緣遭到破壞。摩擦還能產(chǎn)生黑色粉末或氧化紅色粉末，若機內(nèi)有漏油現(xiàn)象會有黑泥產(chǎn)生，機內(nèi)漏油會加速鐵心片間絕緣和粘接膠的老化，同時提供片間的潤滑劑，加速其振動。斷齒進入氣隙內(nèi)造成轉(zhuǎn)子表面及鐵心表面的損傷。

2.2鐵心壓緊次數(shù)未達到規(guī)定次數(shù)；定子鐵心疊片過程需要每疊一定長度的鐵心就要用油壓機壓緊一次，之后再繼續(xù)疊片，工藝文件規(guī)定600MW發(fā)電機定子鐵心疊片過程中共壓緊9次，壓緊位置在第L11，L22，L33，L45，L57，L69，L81，L91，L96段。每次壓緊都需裝配、拆除油缸活塞柱一次，平均耗時4h至5h，每臺定子鐵心重復(fù)9次，并在定子機座立著的工位操作，操作在機座膛內(nèi)，外部不可見。操作者為在最短的時間內(nèi)完成裝壓任務(wù)，減少了油壓機壓緊次數(shù)，致使鐵心壓緊不足，片間壓力未達到規(guī)定壓力值。在機組運行時在振動、溫升和電磁力的作用下，沖片間壓力重新分布，在壓力不足的狀態(tài)下，有效鐵心局部或整圈松弛而產(chǎn)生沖片振動、磨損、疲勞斷齒，直至磨損線棒主絕緣，造成定子繞組接地事故。

2.3由于鐵心裝壓是從勵端開始，汽端結(jié)束；勵端在下，汽端在上，勵端鐵心端部被壓次數(shù)最多，汽端鐵心端部被壓次數(shù)僅有一次，并其下部支撐是非緊固的鐵心，而勵端除多次被油壓機壓緊外同時還有鐵心自重的作用。汽端端部鐵心在放置水平位置時還要進行加熱后拉伸器壓緊，由工期壓力，在拉緊時未冷卻到室溫，熱膨脹量尚未恢復(fù)，汽端沒有有效壓緊，這是汽端端部鐵心發(fā)生故障概率大的原因。

2.4另外一因素也直接影響鐵心齒部的緊度，就是齒部的補償墊片加墊的準確性。由于沖片同板差和絕緣漆膜的均勻度偏差的客觀存在，鐵心齒部必須進行厚度補償；最初的補償?shù)囊罁?jù)是根據(jù)沖片人工測得的數(shù)據(jù)進行計算統(tǒng)計固定補償值，當沖片同板差和漆膜均勻度偏離統(tǒng)計值時，配墊的補償將不準確。若補償不足，將導(dǎo)致鐵心齒頭松弛。據(jù)調(diào)研，該生產(chǎn)廠家2010年將該工藝變更為壓鉛絲適配。

3.處理過程

3.1針對鐵芯燒蝕，采用假齒修復(fù)燒蝕鐵芯，并更換5號槽上層線棒。

3.2針對直流電阻不平衡缺陷。將該處連接銅條重新焊接并進行超聲波檢查，并進行直流電阻測試合格。

3.3 對鐵芯92處短路情況，采用插云母片進行絕緣處理，對處理后的鐵芯松動情況采用緊量刀插入檢查。

3.4 對發(fā)電機端部鐵芯穿心螺桿及定位螺栓全部進行緊固，并對螺母鎖片及防脫滌玻繩進行重新鎖定。

3.5更換4號發(fā)電機全部槽楔。

3.6對斷裂的通風槽鋼采用打入環(huán)氧玻璃布板緊固處理。

3.7對鐵芯穿心螺桿及槽楔緊度處理按照哈電公司方案，鐵芯穿心螺桿及定位筋螺桿螺母采用哈電專用拉伸器拔緊，合格標準為冷態(tài)時，鐵芯穿心螺桿壓力2.36×105N，定位筋螺桿壓力為1.57× N，螺栓拔緊且不松動；用硬度儀檢查槽楔緊度，單個槽楔硬度不低于700HL，相鄰兩槽楔不得同時低于650HL。

3.8若在檢查時，確定端部鐵心端部松弛嚴重，（1）片間絕緣大面積磨損嚴重，且深度大于50mm；（2）齒頭損壞、斷齒、通風槽鋼移位嚴重。通過現(xiàn)場局部修理無法滿足機組安全可靠運行，將啟動端部鐵心段重疊的方案。按照《660MW汽輪發(fā)電機定子鐵心汽端邊段鐵芯拆除修復(fù)工藝》執(zhí)行，目前生產(chǎn)廠家正在設(shè)計制造適合現(xiàn)場條件的專用工具。

3.9增加沖片原材料的進廠檢驗，尤其是同板差；在大型火電機組中必須應(yīng)用水溶性無機圖層，適當降低漆膜厚度，減少收縮量；

4 結(jié)束語

通過本次發(fā)電機燒毀事故處理和原因剖析，得出大型發(fā)電機運行及檢修改進措施建議：

4.1要嚴格發(fā)電機檢修管理，對存在鐵芯松動、端部松動等重大隱患和缺陷的，必須組織專家認真分析原因、論證方案，嚴禁簡單盲目修復(fù)。對于同一臺發(fā)電機歷次檢修、事故發(fā)現(xiàn)的問題要串起來進行綜合分析。對于發(fā)電機修復(fù)工藝和修復(fù)過程的質(zhì)量控制，發(fā)電企業(yè)要落實責任，嚴禁以包代管。認真做好發(fā)電機穿轉(zhuǎn)子后，發(fā)電機本體作業(yè)過程中工具管理，防止異物留在發(fā)電機內(nèi)。發(fā)生返修時，要嚴格履行審批和監(jiān)督手續(xù)，嚴禁隨意返修。

4.2對發(fā)電機要進行常規(guī)方法的鐵芯溫升試驗，用紅外熱像儀全面檢查鐵芯溫升情況。另外，今后所有300MW及以上的汽輪發(fā)電機大修（抽轉(zhuǎn)子），都要對鐵芯進行定量的緊力檢查，進行常規(guī)鐵芯溫升試驗，及時發(fā)現(xiàn)鐵芯薄弱環(huán)節(jié)。

4.3認真做好發(fā)電機相關(guān)試驗結(jié)果的分析工作。對歷次發(fā)電機端部振動模態(tài)固有頻率進行比對，如出現(xiàn)固有頻率明顯下降或振型發(fā)生明顯變化時，要引起重視，認真檢查端部緊固情況；除了關(guān)注端部整體振動固有頻率外，也要分析每一個線棒的固有頻率，處于倍頻區(qū)域的要進行處理。對于發(fā)電機端部在線振動數(shù)據(jù)，除了關(guān)注基頻和倍頻數(shù)據(jù)外，通頻數(shù)據(jù)也要認真對待。無論哪個頻段的振動幅值發(fā)生明顯變化時，都要分析原因。

4.4嚴格控制發(fā)電機內(nèi)進油。回裝發(fā)電機端蓋時要防止墊片堵塞回油孔，保持回油暢通。各火力發(fā)電企業(yè)要建立發(fā)電機進油考核機制，對于修后發(fā)電機進油、運行中進油進行考核。

參考文獻：

[1]陳喬夫.電機學[M].武漢：華中科技大學出版社，2010.