一起發(fā)電機(jī)內(nèi)部異響故障的問(wèn)題探究

蘇曉亮

0 引言

南方某電廠2#發(fā)電機(jī)是哈爾濱動(dòng)力設(shè)備有限公司生產(chǎn)的330MW全氫冷型汽輪發(fā)電機(jī)，2009年3月投入商業(yè)運(yùn)行。在第一次大修完成后的啟機(jī)過(guò)程中，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較低時(shí)，發(fā)電機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)“咚、咚”的響聲。

1 異響問(wèn)題的特征

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)2#發(fā)電機(jī)進(jìn)行了啟機(jī)時(shí)的升速及打閘后的降速試驗(yàn)，轉(zhuǎn)子繞組均未施加勵(lì)磁，因此處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。期間仔細(xì)偵聽(tīng)了2#發(fā)電機(jī)內(nèi)部的異常響聲。該異響問(wèn)題的發(fā)展過(guò)程可歸納如下：

（1）盤(pán)車(chē)狀態(tài)下，發(fā)電機(jī)內(nèi)部無(wú)異響。

（2）啟機(jī)升速至30～260r/min范圍時(shí)，發(fā)電機(jī)內(nèi)部開(kāi)始出現(xiàn)“咚、咚”的異響，且異響發(fā)生的頻率與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一致，即轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，異響就發(fā)生一次。

（3）當(dāng)轉(zhuǎn)速高于300r/min時(shí)，異響消失。

（4）轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高到500～700r/min時(shí)，異響沒(méi)有出現(xiàn)；當(dāng)轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高到700～3000r/min時(shí)，異響也沒(méi)有出現(xiàn)。

（5）汽機(jī)打閘后，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速開(kāi)始下降。當(dāng)轉(zhuǎn)速降至260～30r/min時(shí)，異響又開(kāi)始出現(xiàn)。

（6）當(dāng)轉(zhuǎn)速低于30r/min時(shí)，異響消失，直至盤(pán)車(chē)狀態(tài)，異響也沒(méi)有出現(xiàn)。

從聲音的響度來(lái)看，當(dāng)轉(zhuǎn)速處于150～180r/min范圍內(nèi)時(shí)，聲音最響；其他轉(zhuǎn)速下，聲音較弱；而在異響剛開(kāi)始出現(xiàn)或即將消失時(shí)，聲音最弱。當(dāng)偵聽(tīng)部位從勵(lì)端向汽端移動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)異響聲明顯變?nèi)?，說(shuō)明汽端的異響聲從是勵(lì)端傳過(guò)去的，因此，發(fā)出異響的部位在發(fā)電機(jī)勵(lì)側(cè)[1]。

2 異響原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)偵聽(tīng)到的情況來(lái)分析，認(rèn)為造成異響的原因是轉(zhuǎn)子勵(lì)端護(hù)環(huán)下方轉(zhuǎn)子端部繞組的某一楔塊發(fā)生了松動(dòng)。這種楔塊松動(dòng)的現(xiàn)象在廣東省內(nèi)不少大型發(fā)電機(jī)上都曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)，如某電廠的2#發(fā)電機(jī)（600MW），當(dāng)時(shí)轉(zhuǎn)子也未施加勵(lì)磁、處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于300r/min時(shí)，轉(zhuǎn)子勵(lì)端就會(huì)發(fā)出這種異響聲，其發(fā)聲頻率也與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一致，后拔掉護(hù)環(huán)檢查，發(fā)現(xiàn)是一楔塊松脫所致。從發(fā)生異響的情況來(lái)看，兩者具有高度的相似性。另外，在其他類(lèi)似電廠也曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)內(nèi)部有楔塊掉出來(lái)落到發(fā)電機(jī)定子膛內(nèi)的現(xiàn)象。因此，發(fā)電機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)這種異響現(xiàn)象并不罕見(jiàn)。

那么，除了因轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)下方的楔塊松動(dòng)造成異響外，還有沒(méi)有其他原因也會(huì)造成異響呢？2009年4月，湛江某電廠2#發(fā)電機(jī)（300MW）在正常帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，就曾因鐵芯外部與定子外殼之間的通氫管道松脫而發(fā)出異響。2#發(fā)電機(jī)只要運(yùn)行在210～230MW區(qū)間內(nèi)，發(fā)電機(jī)內(nèi)部就會(huì)出現(xiàn)“咣當(dāng)、咣當(dāng)”的金屬碰撞聲；而一旦偏離這一負(fù)荷區(qū)間，異響聲就會(huì)自行消失。后經(jīng)分析，這種異響問(wèn)題是由于當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行在這一特定的負(fù)荷區(qū)間內(nèi)時(shí)，電磁力以及各種應(yīng)力的綜合作用使得松脫的通氫管道發(fā)生共振而產(chǎn)生了異響。這種異響的頻率與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不一致，它是一種頻率很低的碰撞聲，遠(yuǎn)低于轉(zhuǎn)子3000r/min的轉(zhuǎn)速。因此，這種現(xiàn)象顯然與本廠2#發(fā)電機(jī)內(nèi)部的異響情況不一樣。即便本電廠2#發(fā)電機(jī)內(nèi)部有松動(dòng)的部件，由于轉(zhuǎn)子還處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，尚未施加勵(lì)磁，各種部件未受到任何電磁力的作用，因此不會(huì)造成共振而發(fā)出異響。如果是因?yàn)檗D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)因機(jī)械應(yīng)力的傳遞而產(chǎn)生共振，它也不可能會(huì)在30～260r/min這么寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)發(fā)生共振。況且，電廠方面已對(duì)2#發(fā)電機(jī)內(nèi)部進(jìn)行過(guò)仔細(xì)檢查，未見(jiàn)任何松動(dòng)的部件。因此，對(duì)于本廠2#發(fā)電機(jī)而言，完全可以排除因此類(lèi)部件松脫造成異響的可能性。

轉(zhuǎn)子端部繞組的楔塊松動(dòng)后，為什么會(huì)產(chǎn)生異響呢？我們可以用下面的圖1來(lái)做一簡(jiǎn)要說(shuō)明。

圖1 轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)內(nèi)部端部繞組及楔塊相互之間的位置關(guān)系示意圖

從圖1中可見(jiàn)，楔塊插在兩個(gè)線圈端部繞組之間，對(duì)兩個(gè)線圈端部繞組起著緊固作用[2]，防止端部繞組在運(yùn)行中發(fā)生不對(duì)稱(chēng)的位移以及匝間絕緣墊條移位。正常情況下，楔塊夾在兩個(gè)線圈之間，與兩個(gè)線圈之間有一定的緊力。但由于線圈在制造廠嵌入下線時(shí)，每?jī)蓚€(gè)線圈之間的間隔并非完全一樣寬，而楔塊的厚度卻是同樣的，因此，每個(gè)楔塊在兩個(gè)線圈之間受到的緊力就不一樣，有的較緊，而有的卻較松，這都是正?，F(xiàn)象。

當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，楔塊不僅受到本身重力以及兩個(gè)線圈對(duì)它的緊力的作用，而且還受到甩向外部的離心力的作用。當(dāng)楔塊轉(zhuǎn)動(dòng)到圖1中的A點(diǎn)時(shí)，重力和離心力的方向一致。當(dāng)楔塊隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到C點(diǎn)時(shí)，楔塊的重力與離心力方向相反。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不高時(shí)（例如轉(zhuǎn)速低于30r/min），無(wú)論在A點(diǎn)還是C點(diǎn)，緊力均大于離心力與重力的合力，因此，楔塊仍將固定在兩個(gè)線圈之間，不會(huì)發(fā)生移動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)時(shí)（例如處于30～260r/min），離心力的作用開(kāi)始增大。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到A點(diǎn)時(shí)，若緊力小于楔塊的重力和離心力之和，楔塊將向護(hù)環(huán)及其下方的絕緣層移動(dòng)并發(fā)生撞擊聲。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到C點(diǎn)時(shí)，由于離心力尚小于重力，楔塊將脫離護(hù)環(huán)并回落至原來(lái)的位置。當(dāng)轉(zhuǎn)子再次轉(zhuǎn)到A點(diǎn)時(shí)，楔塊又將重復(fù)上一次在A點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)形式，與護(hù)環(huán)發(fā)生撞擊。因此，撞擊聲的頻率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相吻合。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大時(shí)（例如大于260r/min），離心力大于楔塊的重力，即便在C點(diǎn)位置，楔塊也不能自動(dòng)回落到原來(lái)的位置，而是繼續(xù)貼緊在護(hù)環(huán)內(nèi)表面。這時(shí)，楔塊將不再與護(hù)環(huán)內(nèi)表面發(fā)生撞擊，因此，撞擊聲就消失了。

3 對(duì)運(yùn)行的影響

由于轉(zhuǎn)子通常工作在額定轉(zhuǎn)速下，松動(dòng)的楔塊在離心力的作用下，緊貼在護(hù)環(huán)內(nèi)表面，不會(huì)來(lái)回發(fā)生撞擊，因此，并不會(huì)影響發(fā)電機(jī)帶負(fù)荷運(yùn)行。但對(duì)于調(diào)峰運(yùn)行的燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，情況比較特殊，這主要是因?yàn)槿細(xì)廨啺l(fā)電機(jī)每天啟機(jī)、停機(jī)各一次，松動(dòng)的楔塊在兩個(gè)線圈之間來(lái)回移動(dòng)的次數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通的汽輪發(fā)電機(jī)（以每次啟機(jī)或停機(jī)各發(fā)出異響100次來(lái)計(jì)算，楔塊在一年內(nèi)將發(fā)生100×2×365=73000次）。因此，楔塊很容易發(fā)生磨損。若楔塊發(fā)生嚴(yán)重磨損，對(duì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行主要有以下兩點(diǎn)不利影響：

（1）可能由于楔塊發(fā)生嚴(yán)重磨損，造成兩個(gè)線圈端部之間的間隙太大。當(dāng)線圈端部失去緊力支撐后，在運(yùn)行中就可能發(fā)生不對(duì)稱(chēng)的位移，并可能逐漸發(fā)生匝間短路故障，引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子異常振動(dòng)等其他一系列問(wèn)題。

（2）在發(fā)電機(jī)啟機(jī)、停機(jī)過(guò)程中，轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)下方松動(dòng)的楔塊可能掉出來(lái)，落到發(fā)電機(jī)定子端部繞組上，并隨著發(fā)電機(jī)定子繞組的端部振動(dòng)而振動(dòng)。如果落下的楔塊緊貼住定子繞組端部線棒，在振動(dòng)中與線棒表面的絕緣層發(fā)生碰磨，那么隨著時(shí)間的推移，將逐漸磨穿線棒表面的絕緣層，并最終導(dǎo)致定子短路接地故障[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，工況復(fù)雜多變，基于上述考慮，對(duì)2#發(fā)電機(jī)的后續(xù)運(yùn)行提出以下建議：

（1）在每次啟機(jī)或停機(jī)時(shí)，應(yīng)盡量縮短轉(zhuǎn)子在30～260r/min轉(zhuǎn)速區(qū)間運(yùn)行的時(shí)間，從而有效減少楔塊與線圈之間的摩擦次數(shù)。

（2）在每次啟機(jī)或停機(jī)時(shí)（甚至在發(fā)電機(jī)帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)），均應(yīng)安排專(zhuān)人對(duì)異響聲進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)異響聲的變化情況。

（3）一旦發(fā)現(xiàn)異響聲消失，可能說(shuō)明楔塊已從轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)中掉了出來(lái)。根據(jù)上述分析，脫落的楔塊可能成為威脅發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的隱患。因此，應(yīng)及時(shí)予以排查，消除隱患。

［參考文獻(xiàn)］

[1]吳希再.電力工程[M].武漢：華中理工大學(xué)出版社，2003.

[2]熊信銀.發(fā)電廠電氣部分[M].3版.北京：中國(guó)電力出版社，2004.

[3]劉介才.工廠供電[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.