大型汽輪發(fā)電機(jī)常見故障及案例分析

摘? 要：本文以大型汽輪發(fā)電機(jī)為例，分析了大型汽輪發(fā)電機(jī)常見故障，研究了大型汽輪發(fā)電機(jī)常見故障案例，以期為相關(guān)工作者提供參考。

關(guān)鍵詞：大型汽輪發(fā)電機(jī);常見故障;案例

中圖分類號：TM311??? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A??? 文章編號：2096-6903（2020）06-0000-00

0 引言

發(fā)電機(jī)安全穩(wěn)定的運(yùn)行與電力系統(tǒng)的正常供電有關(guān)，并與電能的質(zhì)量息息相關(guān)。汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)是一種復(fù)雜且精密化的現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備，每項(xiàng)工作的開展都必須具備較高的專業(yè)知識，尤其是大型汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，參與維修的工作人員要具有全面的專業(yè)知識。大型汽輪發(fā)電機(jī)故障處理時(shí)，要知道各種故障的發(fā)生原因以及適當(dāng)?shù)奶幚聿呗裕源_保故障能在第一時(shí)間得到有效處理，保證供電系統(tǒng)正常運(yùn)行。

1 大型汽輪發(fā)電機(jī)簡介

1.1 大型汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)

汽輪發(fā)電機(jī)是發(fā)電廠的重要設(shè)備，其是一種以汽輪機(jī)驅(qū)動的發(fā)電機(jī)，能把機(jī)械能轉(zhuǎn)為電能，工作時(shí)機(jī)汽輪機(jī)配套使用。大型汽輪發(fā)電機(jī)一般是300 MW及以上的設(shè)備，其是我國電力系統(tǒng)的主力發(fā)電設(shè)備。一般汽輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜且精細(xì)，而大型汽輪發(fā)電機(jī)主要是由臥式結(jié)構(gòu)制成，組成部件包括定子和轉(zhuǎn)子、冷卻系統(tǒng)等。定子是由定子鐵芯和繞組以及機(jī)座、端蓋構(gòu)成，轉(zhuǎn)子則以轉(zhuǎn)子鐵芯和勵(lì)磁繞組及護(hù)環(huán)、中心環(huán)等構(gòu)成，冷卻系統(tǒng)是由風(fēng)冷及水冷系統(tǒng)構(gòu)成。一般風(fēng)冷系統(tǒng)是將氫氣作為介質(zhì)，因此具有較高的散熱效率，但其實(shí)際應(yīng)用中的安全風(fēng)險(xiǎn)較大，需要高度重視檢修和維護(hù)等方面的工作。

1.2 大型汽輪發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理

汽輪發(fā)電機(jī)通常是以汽輪機(jī)為原動機(jī)，并由此拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，以電磁感應(yīng)原理使機(jī)械能轉(zhuǎn)為電能。大型汽輪發(fā)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子繞組有直流電流通過后，會形成轉(zhuǎn)子磁場，而該磁場會跟著汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，隨后將磁以自轉(zhuǎn)子磁極輸出，通過空氣隙和定子鐵芯等物質(zhì)的傳遞，把磁轉(zhuǎn)至其他相鄰的磁極，這時(shí)便形成主磁通回路，經(jīng)該通回路實(shí)現(xiàn)發(fā)電。

2 大型汽輪發(fā)電機(jī)常見故障

2.1 內(nèi)部因素引起的常見故障

（1）發(fā)電機(jī)的制造材料不合理，這主要是在發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)和制造時(shí)，未能選擇最適宜的材料，造成發(fā)電機(jī)容量和工作環(huán)境等情況不匹配。一般發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)制造時(shí)，要對發(fā)電機(jī)的容量和工作環(huán)境、運(yùn)行要求等情況進(jìn)行全面考慮，加強(qiáng)電磁設(shè)計(jì)的合理性與實(shí)踐性，確保選擇的加工部件合理適宜，選用正確適宜的發(fā)電機(jī)材料。通常實(shí)際工作中常見的問題是發(fā)電機(jī)的絕緣材料不適宜，或者未達(dá)到規(guī)定要求，致使絕緣材料磨損或者變形等。（2）大型汽輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，極易造成發(fā)電機(jī)水冷系統(tǒng)故障，發(fā)生水冷管堵塞或者漏水現(xiàn)象，這也是發(fā)電機(jī)局部過熱的一方面原因，再者是會造成繞組受潮，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的絕緣材料被燒壞。（3）大型汽輪發(fā)電機(jī)的工作特點(diǎn)特殊，而絕緣材料通常是長時(shí)間處于高溫與潮濕的環(huán)境下，此類惡劣的環(huán)境會導(dǎo)致機(jī)電的應(yīng)力增大，這時(shí)發(fā)生絕緣失效的危險(xiǎn)將增加。

2.2 外部因素引起的常見故障

（1）發(fā)電機(jī)未能準(zhǔn)確無誤的進(jìn)行安裝和調(diào)試，造成發(fā)電機(jī)在運(yùn)輸和安裝、調(diào)試的過程中發(fā)生問題的幾率增大，這是引起設(shè)備故障的主要原因。比如實(shí)際工作中發(fā)電機(jī)安裝或者大修時(shí)，軸系未能準(zhǔn)確對中，便會造成軸系彎曲振動等問題，再者是定子與轉(zhuǎn)子中心未能高度重合，也會造成一定程度的軸系彎曲振動，或者導(dǎo)致轉(zhuǎn)子及其絕緣材料發(fā)生較大破壞。（2）運(yùn)行操作和管理也是一方面問題，這種情況主要是運(yùn)行人員未能根據(jù)操作規(guī)章和要求進(jìn)行發(fā)電機(jī)的調(diào)試和控制，或是工作人員的操作方法不佳，從而造成不同程度的人為性故障。一般運(yùn)行操作與管理不佳，會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)較長時(shí)間處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，這時(shí)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)過熱的情況較為嚴(yán)重，發(fā)電機(jī)的絕緣材料也會出現(xiàn)較早的老化。（3）發(fā)電機(jī)的維護(hù)管理也是較為重要的內(nèi)容，一般維護(hù)管理過程中，維護(hù)人員未能根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定操作，部分技術(shù)操作不達(dá)標(biāo)，便會造成維修不當(dāng)或者維修技術(shù)低等問題，或者是維修工作的質(zhì)量較低，這會極易引起發(fā)電機(jī)內(nèi)部絕緣材料的破壞。

3 大型汽輪發(fā)電機(jī)常見故障案例

3.1 發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)振動故障

當(dāng)大型汽輪發(fā)電機(jī)使用時(shí)間較長時(shí)，容易出現(xiàn)部件松動等問題，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的靈活度變低，堅(jiān)韌度也隨之降低。實(shí)際工作中大型汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)振動故障引發(fā)因素較多，主要由端蓋的軸承硬度不達(dá)標(biāo)、定子重量分配不合理等問題造成。

故障案例：某大型汽輪發(fā)電機(jī)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)振動的故障，工作人員經(jīng)過嚴(yán)格的檢測發(fā)現(xiàn)該發(fā)電機(jī)的定子重量分配不合理，測量發(fā)現(xiàn)定子的組成部分存在問題，導(dǎo)致定子的固定作用降低，汽輪發(fā)電機(jī)中的部分器件發(fā)生松動，致使發(fā)電機(jī)工作中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)振動等故障。

故障處理：針對上述故障，一般要先科學(xué)合理的調(diào)整地腳螺栓的松弛度，使地腳螺栓緊密的連接大地與發(fā)電機(jī)，并對地腳螺栓的直徑和性質(zhì)以及發(fā)電機(jī)所處的環(huán)境等情況進(jìn)行分析，合理的調(diào)整地腳螺栓的下埋深度。詳細(xì)測量和分析定子重量，根據(jù)獲得的結(jié)果進(jìn)行科學(xué)合理的分配，基于汽輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)振動程度，合理的調(diào)整定子的質(zhì)量分配比例，對每項(xiàng)數(shù)值的確定要求進(jìn)行嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)，直到獲得最佳的分配比例。

3.2 發(fā)電機(jī)氫冷器故障

大型汽輪發(fā)電機(jī)的氫冷器故障是一個(gè)關(guān)鍵問題，氫冷器的主要作用是冷卻發(fā)電機(jī)中的部分結(jié)構(gòu)，因此氫冷器的質(zhì)量一定要有保證，否則氫冷器會出現(xiàn)漏氫等問題，致使發(fā)電機(jī)發(fā)生較大的故障。此外，氫冷器漏氣也是一方面因素，其主要是由于器件長時(shí)間磨損引起的。以上漏氫和漏氣問題容易造成爆炸事故，引起較大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

故障案例：某發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)出現(xiàn)氫冷器空氣管斷裂問題，導(dǎo)致冷卻水大量噴灑，部分冷卻水噴灑到勵(lì)磁碳刷罩殼，順著罩殼流進(jìn)汽濾網(wǎng)，從而流到勵(lì)磁碳刷的架子上，這時(shí)發(fā)電機(jī)的氫溫提升，轉(zhuǎn)子發(fā)生接地問題。經(jīng)檢查得出氫冷器放空氣管斷裂是由于氣管和冷卻器的螺紋連接處異常，加工期間發(fā)生管壁變薄和強(qiáng)度降低等問題造成的，又因?yàn)榘l(fā)電機(jī)產(chǎn)生一定程度的振動，致使金屬疲勞問題加重，并由此產(chǎn)生斷裂問題。

故障處理：針對故障分析的結(jié)果，更換掉發(fā)電機(jī)的氫冷器放空氣管與冷卻器的螺紋連接部件，檢修冷卻水造成的其他異常部件，注意各種更換部件的質(zhì)量要達(dá)標(biāo)。

3.3 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子失磁故障

大型汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)容易因?yàn)槎喾N因素出現(xiàn)轉(zhuǎn)子失磁，這主要是由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路發(fā)生斷開，或者是發(fā)電機(jī)的集電環(huán)和繞組的引線開路、短路造成的。實(shí)際工作時(shí)也見部分轉(zhuǎn)子失磁是由于集電環(huán)碳刷未能正確接觸，轉(zhuǎn)子開關(guān)與勵(lì)磁機(jī)及其引線等出現(xiàn)開路，或者是與變阻器發(fā)生開路等情況造成的。一般發(fā)電機(jī)整流器出現(xiàn)故障也會造成轉(zhuǎn)子失磁的問題，發(fā)電機(jī)開關(guān)出現(xiàn)開路和欠勵(lì)失效等情況也會造成轉(zhuǎn)子失磁的故障。

故障案例：某發(fā)電廠的大型汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)生轉(zhuǎn)子失磁問題，通過工作人員的檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子開關(guān)和變阻器發(fā)生開路，深層分析后發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子開關(guān)與勵(lì)磁機(jī)、勵(lì)磁機(jī)的引線均存在開路問題，致使轉(zhuǎn)子失磁而影響發(fā)電機(jī)的運(yùn)行。

故障處理：發(fā)電機(jī)發(fā)生異常情況時(shí)，工作人員對發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)檢查，并全面了解了碳刷的工作狀態(tài)，檢測勵(lì)磁機(jī)的信號和轉(zhuǎn)子開關(guān)、變阻器等情況，根據(jù)檢測的結(jié)果進(jìn)行針對性處理。

4 結(jié)語

大型汽輪發(fā)電機(jī)的故障是由于安裝、調(diào)試、維護(hù)和修理不當(dāng)而引起的，發(fā)生故障后要進(jìn)行全面的檢測和分析，根據(jù)故障的實(shí)際情況，選擇科學(xué)合理的處理對策。發(fā)電廠要注重大型汽輪發(fā)電機(jī)的日常檢修和維護(hù)，及時(shí)消除發(fā)電機(jī)的安全隱患，確保發(fā)電機(jī)能持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉立巖.大型汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)震動故障的分析與治理[J].中國科技縱橫，2020（5）：157-158.

[2] 方敬學(xué).大型汽輪發(fā)電機(jī)的常見故障與排除方法[J].南方農(nóng)機(jī)，2019（21）：117-118.

[3] 王帆.大型汽輪發(fā)電機(jī)定子單相接地故障定位技術(shù)[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2019（24）：52-53.

收稿日期：2020-05-05

作者簡介：劉玉新（1966—），男，山東蒙陰人，本科，高級工程師，研究方向：汽輪發(fā)電機(jī)制造工藝及安裝維護(hù)。

Common Faults and Case Analysis of Large Turbogenerator

LIU Yuxin

（Harbin Electric Machinery Co.， Ltd， Harbin Heilongjiang? 150040）

Abstract： This paper discusses the large turbogenerator， the common faults of large turbogenerator are analyzed， the common fault cases of large turbogenerator are studied， in order to provide reference for related workers.

Keywords： large turbine generator; common fault; case