發(fā)電機增容改造發(fā)生的問題及消除措施
本文簡要分析了某廠發(fā)電機組在增容改造后發(fā)現(xiàn)定子線圈泄漏電流不平衡、端部磨損嚴重、轉(zhuǎn)子槽楔松動、發(fā)電機軸瓦發(fā)生電腐蝕等現(xiàn)象；對發(fā)電機定子絕緣引水管清理、端部進行綁扎加固；轉(zhuǎn)子在槽楔下面加絕緣墊，重新打緊槽楔處理過程進行了簡析，使發(fā)電機組異?，F(xiàn)象消除。
0.引言
快速的國民經(jīng)濟發(fā)展，進一步拉大了供電需求缺口。為了緩解供電緊張局面，在電力系統(tǒng)廠網(wǎng)分開以前、以及五大發(fā)電公司成立以后，相當(dāng)一部分發(fā)電廠為了減緩新機組建設(shè)周期長、任務(wù)重、資金調(diào)配困難等，紛紛利用機組大修的機會，對上海電機廠、北重、東方電機、和哈電機出品的（50）120MW、125 MW、200 MW和300 MW等發(fā)電機組增容改造，實現(xiàn)了周期短、見效快、經(jīng)濟顯著的效果。從目前的技術(shù)媒體來看，增容改造大多是基本成功的。但也遇到了一些問題，有的是現(xiàn)場工藝條件制約而發(fā)生的，也有是施工和改造方案論證缺乏依據(jù)而導(dǎo)致的，個別是施工管理缺失的結(jié)果。筆者，結(jié)合某發(fā)電廠機組改造后發(fā)生的幾個問題進行簡析，希望讀者在以后的設(shè)備改造中科學(xué)處理類似問題，使我們在機組增容改造后能夠安全運行。
1．發(fā)電機轉(zhuǎn)子進水短軸斷裂
1.1 異?，F(xiàn)象
2005年2月4日13時50分，值班員檢查發(fā)現(xiàn)3號機發(fā)電機轉(zhuǎn)子冷卻水進水支座盤根漏水大，聯(lián)系汽機檢修人員進行處理，14時45分 ～14時55分 盤根漏水量增大，16時15分～17時20分經(jīng)汽機檢修調(diào)整（緊盤根），漏水量有所減小，18時05分 3號機發(fā)電機轉(zhuǎn)子冷卻水進水支座盤根漏水增大，至18時30分 漏水量很大，19時20分 3號機組做滑停準備， 2月5日00時30分發(fā)電機解列、打閘。
1.2 解體檢查
汽機檢修人員對進水支座解體，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子進水短軸斷裂、盤根正常。本次斷裂的短軸是2000年度發(fā)電機大修改造時更換，上海電機廠產(chǎn)品。根據(jù)《設(shè)備分工制度》第十二條規(guī)定：該進水短軸由電氣專業(yè)負責(zé)上報材料計劃、領(lǐng)料，交汽機專業(yè)安裝。汽機專業(yè)負責(zé)短軸的調(diào)整、加工、更換，并維護轉(zhuǎn)子進水支座盤根。2004年度大修和2005年1月?lián)屝奁陂g對短軸的檢查維護情況進行分析：短軸拆除后外觀檢查無異常，軸頸磨損較輕，可以重復(fù)使用。短軸安裝后，測軸頭晃動40μm，<50μm要求，安裝、調(diào)整無異常。2005年1月?lián)屝奁陂g更換2道進水支座盤根。2月4日，漏水事件發(fā)生后，解體檢查盤根無異常。專業(yè)技術(shù)人員詳細檢查了短軸斷裂和斷口情況，金相中心從金屬斷口初步判斷為疲勞性斷口，并非一次性斷裂，設(shè)備損壞有一個發(fā)展過程，最終導(dǎo)致斷裂事件發(fā)生（2月6日，金相中心光譜檢測結(jié)果：焊接法蘭的法蘭盤為碳鋼，軸體為高鉻不銹鋼材質(zhì)）。從短軸斷口和斷口處的焊接夾砂情況分析，經(jīng)討論初步認定：進水?dāng)噍S斷裂原因為材質(zhì)和焊接法蘭的焊接工藝不良造成，存在焊接缺陷，該缺陷在長期交變應(yīng)力作用下發(fā)生疲勞斷裂
1. 3消除措施
該進水短軸器件不大，但與主設(shè)備發(fā)電機轉(zhuǎn)子直接連接，對發(fā)電機組的安全運行有直接影響，各專業(yè)應(yīng)充分重視停機事件，舉一反三，做好類似設(shè)備的金屬監(jiān)督和檢查維護工作。要對水內(nèi)冷機組的轉(zhuǎn)子進水短軸在大修期間應(yīng)進行金屬探傷，小修期間也應(yīng)將其做為檢查、維護項目。防止發(fā)生類似事件。聯(lián)系上海電機廠對該斷軸斷裂進行深入分析，查詢短軸加工、焊接情況和材質(zhì)情況。對該事間進一步分析和采取預(yù)防措施。
2 發(fā)電機泄漏電流嚴重不平衡，
2.1 異?，F(xiàn)象
2005年2月份某發(fā)電廠QFS—137.5型（改造前QFS—125—2型）#D機組小修，發(fā)電機泄漏電流和直流耐壓試驗時發(fā)現(xiàn)3相泄漏電流嚴重不平衡，A相較其它兩相高400%以上，并且在1分鐘的加壓時間內(nèi)A相泄漏電流由60微安陡增到91微安，與歷年數(shù)據(jù)比較，A相泄漏電流有較大的增長。根據(jù)試驗現(xiàn)象分析，各相泄漏電流相差較大，泄漏電流隨加壓時間增加而升高。但是，充電現(xiàn)象仍然正常。初步分析，缺陷部位應(yīng)該存在于繞組端部：有贓物或高阻性缺陷。打開端蓋后檢查發(fā)現(xiàn)：A相絕緣引水管內(nèi)壁有結(jié)垢臟污（A相匯水管內(nèi)清理出約有1mm3左右黑色粉沫不明物）現(xiàn)象，較其它兩相嚴重，將絕緣引水管拆除清理，做定子繞組泄漏電流和直流耐壓試驗，3相泄漏電流均小于15微安，與歷年數(shù)據(jù)相比無明顯變化，缺陷消除。)
2.2原因分析,
發(fā)電機定子絕緣引水管內(nèi)壁有結(jié)垢后，取樣經(jīng)化學(xué)分析主要成分為銅的化合物，是發(fā)電機定子空心銅管腐蝕的產(chǎn)物；或者是發(fā)電機機組改造線圈更換時，接頭銅焊渣未完全清理干凈的結(jié)果。根據(jù)運行紀錄，該機在停機前，化學(xué)水質(zhì)分析表明銅離子含量超標。經(jīng)常在每升100微克以上。發(fā)電機冷水箱上蓋未封閉，雙冷水直接與大氣接觸，氧氣進入定子空心銅管。
2.3防范措施
1、每次發(fā)電機大修后、開機前定子水系統(tǒng)應(yīng)使用除鹽水進行帶壓力反復(fù)水（反）沖洗，直到排水清澈無顆粒，電導(dǎo)率達到合格要求。2、發(fā)電機正常運行期間連續(xù)運行時間超過2個月后，遇有停機或解列機會時，對發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子冷卻水系統(tǒng)進行反沖洗。3、完善發(fā)電機整個冷卻水系統(tǒng)，應(yīng)盡可能使其密閉循環(huán)；運行中水質(zhì)含銅量高，絕緣引水管內(nèi)壁結(jié)垢臟污后主要成分為銅，是因為水路不密閉，長期氧化腐蝕銅管導(dǎo)致。4、加強運行中水質(zhì)監(jiān)空，內(nèi)冷水質(zhì)應(yīng)按照汽輪機運行規(guī)程執(zhí)行。
3.#8發(fā)電機勵側(cè)軸瓦發(fā)生電腐蝕現(xiàn)象：
3.1異?，F(xiàn)象
某發(fā)電廠#8發(fā)電機由于軸電壓放電造成勵側(cè)軸瓦有電腐蝕現(xiàn)象。在改造后的一次小修期間，對其軸電壓和軸瓦對地絕緣進行了測量，在進行勵側(cè)軸瓦對地絕緣電阻測量時，發(fā)現(xiàn)絕緣電阻為零，呈短路接地狀態(tài)。機組并網(wǎng)后測得油膜電壓為3.2V，軸電壓基本上由油膜承擔(dān)。雖然電壓不高，但是，一旦油膜擊穿，發(fā)生放電，可能會使?jié)櫥⒗鋮s的油質(zhì)逐漸劣化，嚴重的會使軸瓦燒壞，造成停機事故。檢查發(fā)現(xiàn)勵側(cè)軸瓦上部及側(cè)面安裝有溫度和振動傳感器。
3.2 消除方法
1、對軸瓦絕緣進行處理，對凡有可能出現(xiàn)接地的部位：如各種傳感器接線外護套進行仔細檢查，對軸承定位銷和螺栓的絕緣套筒表面油污等進行清理。2、機組改造要保證軸承座絕緣墊的“環(huán)氧板—金屬片—環(huán)氧板”結(jié)構(gòu)。在每次大修結(jié)束，軸承座油管安裝后、未穿轉(zhuǎn)子前，應(yīng)使用1000V兆歐表測量軸承座對地絕緣電阻，其值不小于0.5兆歐，對小修后及運行中轉(zhuǎn)子在膛內(nèi)的情況，應(yīng)測量環(huán)氧板中金屬片的絕緣進行檢查，運行中可采用萬用表測量軸承座對地絕緣電阻，不應(yīng)有明顯的金屬性接地。3、對軸瓦安裝傳感器等其它工作要注意安裝部件對地的絕緣情況。
4.定子端部線棒磨損較嚴重, 轉(zhuǎn)子槽楔松動較多；
4.1 異?，F(xiàn)象
4.1.1某發(fā)電廠安裝的#1發(fā)電機為東方電機廠生產(chǎn)水、氫、氫冷發(fā)電機組，發(fā)電機型號為QFSN-200-2型。 1978年出廠， 1981年12月投產(chǎn)。 1983年元月發(fā)生發(fā)電機定子線棒端部燒壞事故，當(dāng)時在現(xiàn)場進行更換發(fā)電機定子線棒處理；在1998年10月，對該臺發(fā)電機進行的增容改造工作，使發(fā)電機額定容量由200MW增加到220MW；
A、發(fā)電機增容改造工作后，初次小修檢查發(fā)現(xiàn)，定子鐵芯壓圈緊固螺栓（每側(cè)18顆，共36顆）松動，金屬夾板與絕緣夾板連接處松動現(xiàn)象。
B、 2001年11月份發(fā)電機小修檢查中發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機定子端部引出線與固定絕緣夾板間有3處有明顯的磨損現(xiàn)象，有灰色的絕緣泥出現(xiàn)；當(dāng)時研究后決定，將3處出現(xiàn)松動磨損的絕緣夾板拆下進行清理，在墊塊間加墊適形滌綸墊，并刷環(huán)氧樹脂膠進行固化處理。 |
C、2002年10月＃1發(fā)電機大修檢查中發(fā)現(xiàn)：1、汽輪機端定子、定子鐵芯定位筋螺栓螺帽有3處松動（M64），部位是：1點半鐘，7點鐘，10點鐘。勵磁機端過橋線絕緣支架壓板螺帽約有1/4松動，在#51、#48、#45、#42線棒部位，用手可以擰松螺帽。過橋線絕緣支架與過橋引線相互磨損嚴重。在#14、#17線棒部位（即靠近3點鐘），磨損呈青灰色油漿流出。檢查發(fā)電機轉(zhuǎn)子發(fā)現(xiàn)：轉(zhuǎn)子槽楔松動多，共有52塊（總數(shù)416塊）的槽楔明顯松動（用手能推動），轉(zhuǎn)子表面部分漆層有過熱脫落現(xiàn)象
4.2 原因分析
4.2.1經(jīng)過分析認為，發(fā)電機長期運行，定子鐵芯壓圈緊固螺栓松動，是運行中發(fā)電機鐵芯壓圈振動磨損所引起的；發(fā)電機端部整體綁扎緊固系統(tǒng)不夠，因為＃1發(fā)電機在增容改造后，發(fā)電機容量上升了10%，其端部線圈所受電動力上升約20%左右。發(fā)電機端部綁扎緊固情況沒有進行改造。
發(fā)電機定子端部線棒可能存在固有頻率接近100Hz 的現(xiàn)象，發(fā)電機運行中可能產(chǎn)生共振現(xiàn)象，引起發(fā)電機定子線棒端部與絕緣夾板磨損現(xiàn)象。
發(fā)電機轉(zhuǎn)子槽楔松動是由于在上次發(fā)電機增容改造時，發(fā)電機轉(zhuǎn)子線棒全部拆下進行清理，重新下線，槽楔當(dāng)時進行打緊，在運行一階段后，線棒受力和發(fā)電機端部線圈共振等綜合作用下，使槽楔出現(xiàn)松動現(xiàn)象。也有可能引起匝間絕緣墊條、楔下調(diào)節(jié)墊條竄動而導(dǎo)致風(fēng)孔堵塞事故，影響發(fā)電機轉(zhuǎn)子線棒散熱。
.
4.3處理措施
定子部分
4.3.1 在電機制造廠等專家的指導(dǎo)下，將金屬夾板與絕緣夾板連接螺栓緊固，用1000kg/m的氣動扳手從汽側(cè)將鐵芯壓圈螺栓緊固，緊固程度達1/4～1/2周；勵側(cè)鐵芯壓圈螺栓用大錘緊固處理。
4.3.2 決定對＃1發(fā)電機進行定子繞組端部振形模態(tài)試驗檢查。本次試驗采用錘擊法對發(fā)電機端部繞組進行激振，測量輸入力信號和輸出加速度響應(yīng)信號。用CRAS模態(tài)分析軟件對信號進行數(shù)據(jù)采集，求出各測點的傳遞函數(shù)，然后進行模態(tài)分析，求出固有頻率、振形和阻尼等模態(tài)參數(shù)。
測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在勵磁機端發(fā)電機定子繞組端部（#10～～#19）線棒對應(yīng)的引線部位（1點半到3點鐘位置）存在有100Hz的固有頻率，同時對勵磁機發(fā)電機定子繞組端部進行了整體振形模態(tài)試驗分析，認為在100Hz頻率附近沒有出現(xiàn)橢圓振形對應(yīng)的固有頻率，說明發(fā)生的故障是由發(fā)電機定子繞組端部局部振動造成的。
發(fā)電機勵磁機側(cè)定子繞組端部引線的固有頻率表
固有頻率（Hz）
引線位置
徑向軸向切向
1點半鐘（＃10線棒）
100.0106.092.0
3點鐘（＃19線棒）"
98.597.5101.0
4.3.3 找出引起發(fā)電機端部繞組振動的原因后，決定對發(fā)電機定子繞組端部進行加綁緊固，特別是＃10線棒～＃19線棒所對端部繞組引出線部位進行加綁緊固，以提高發(fā)電機定子端部繞組的剛度，增加端部繞組的固有頻率，對磨損的部位進行拆開檢查清理，在絕緣支架與過橋引出線之間增加了絕緣材料適形滌綸毛氈墊片，以減少絕緣支架與過橋引出線之間的相互磨擦，對松動的緊固螺栓重新進行緊固，更換保險墊片處理。發(fā)電機轉(zhuǎn)子槽楔全部退出清理，加絕緣墊重新打緊處理。
具體處理情況如下：1、對發(fā)電機定子端部進行綁扎加固；定子勵勵磁機端和汽輪機端引線夾板、絕緣支架把合螺栓有松動現(xiàn)象，已全面重新把緊，同時在螺母與螺栓之間滴入#290厭氧膠，將螺母鎖牢。2、將松動的夾板拆開清理。檢查線棒受傷情況，在絕緣夾板與引線之間墊絕緣滌綸適形氈，并用ф5滌玻繩綁扎加固，刷環(huán)氧樹脂膠固化處理。3、發(fā)電機定子勵磁機側(cè)的端部線棒的左右上方45°處引線、右側(cè)水平位置引線和頂部引線，用ф20滌玻繩將前后兩根引線加綁各3處（共6處），并刷環(huán)氧樹脂膠固化處理，使引線的固有頻率上升到120Hz左右。4、發(fā)電機定子汽輪機端端部線棒絕緣盒在左、右、上、下四位置，用ф20滌玻繩加綁，并刷環(huán)氧樹脂膠固化處理，提高整個端部的剛度，使固有頻率遠離100Hz。
4.3.4 對發(fā)電機定子繞組端部進行處理后，再次進行了激振試驗，試驗數(shù)據(jù)如下：
表2:汽輪機端、勵磁機端定子繞組端部橢圓振型對應(yīng)的固有頻率和阻尼 表2
繞組端部固有頻率（Hz）阻尼
汽輪機端119.460.0305
勵磁機端89.560.0142
表3：發(fā)電機定子繞組端部引出線的固有頻率
固有頻率
引出線位置（Hz）
徑向軸向切向
1點半鐘（＃10線棒）
處理前測試值$
100.0106.092.0
1點半鐘（＃10線棒）位置處理后測試值
116.0114.5119.5
3點鐘（＃19線棒）
處理前測試值
98.597.5101.0
3點鐘（＃19線棒）位置
處理后測試值
115.5115.0116.5
4點半鐘（＃28線棒）位置
77.578.584.0
7點半鐘（＃37線棒）位置
92.089.592.5
9點鐘（＃46線棒）位置
93.492.093.2
10點半鐘（＃1線棒）位置
93.791.276.3
表4:絕緣支架與發(fā)電機定子繞組引出線之間的固有頻率Hz
測點切向
絕緣支架＃190.0、150.0、201.3
＃267.5、161.3、192.5
＃3142.5、168.8
＃4138.8、265.0
測點軸向徑向
過橋引出線＃185.5
116.585.5
135.5
＃285.0
149.089.0
134.0
＃365.5
121.092.5
129.5
＃462.5
120.087.5
129.5
從上述測試數(shù)據(jù)可以看出：在經(jīng)過處理之后的＃10、＃19線棒對應(yīng)的定子繞組引出線固有頻率提高了10%以上，達到了避開發(fā)電機電磁振動頻率100Hz的目的，滿足部頒行業(yè)標準規(guī)定的要求。
其中，勵磁機端定子繞組端部整體橢圓對應(yīng)的固有頻率為89.56Hz；汽輪機端定子繞組端部整體橢圓對應(yīng)的固有頻率為119.46Hz。＃1發(fā)電機定子繞組端部經(jīng)過處理后，固有頻率有所提高，定子端部引線固有頻率和定子繞組端部整體橢圓振型對應(yīng)的固有頻率使其遠遠避開94Hz～115Hz的危險值，因此＃1發(fā)電機定子繞組端部能滿足安全穩(wěn)定運行要求。
轉(zhuǎn)子部分缺陷處理情況：
3.3.5 在楔下絕緣墊條與銅線之間加入調(diào)節(jié)墊條，重新打入鋁槽楔和勵端銅槽楔。調(diào)節(jié)墊條的厚度為0.3～3mm，視鋁槽楔的松緊而定。
槽楔緊度按如下原則執(zhí)行：A、楔推不動，木榔頭敲不動。B、端部的銅槽楔用小錘敲擊，實響聲段≥1/3全長。C、第3、第7兩風(fēng)區(qū)的鋁槽楔，用小錘敲擊，實響聲段≥1/3全長。D、同一槽內(nèi)第2～第8風(fēng)區(qū)之間，有兩根以上的鋁槽楔，實響聲段≥1/3全長，而且這兩根鋁槽楔又不連續(xù)，免得全槽槽楔向一端竄動。.
4.3.6 預(yù)防措施：
在發(fā)電機運行過程中，應(yīng)多注意觀察發(fā)電機的運行狀況和振動情況，有問題應(yīng)及時分析處理。在每次發(fā)電機檢修工作中，應(yīng)進入發(fā)電機內(nèi)部檢查定子端部線棒的綁扎緊固情況，是否有磨損現(xiàn)象。在發(fā)電機大修工作中，都應(yīng)對發(fā)電機進行定子繞組端部振型模態(tài)試驗，發(fā)現(xiàn)有不合格的點，及時處理。對已運行時間長的機組，在有可能的情況下，加裝在線振動監(jiān)視儀，對發(fā)電機端部進行在線監(jiān)視。!
結(jié)論
發(fā)電機是發(fā)電廠生產(chǎn)設(shè)備的核心組成部分，牽扯到發(fā)電機本體部位的任何地方進行改造，必須經(jīng)過充分的理論論證和實踐收資，線圈、鐵芯和絕緣改造固然要慎重，其它輔助回路改進和安裝同樣要認真進行，通過每年的電機年會和大機組年會獲悉，電機改造過程中發(fā)生的問題還很多，這就要求技術(shù)管理工作者不斷提高認識，加強交流與學(xué)習(xí)，開拓視野以提高設(shè)備改造水平，在個別情況下必須與電機制造廠進行充分的交流，對設(shè)備改造和更換取得必要的技術(shù)支持，以確保增容改造成功。
| 公司名稱： | 湘潭電機修理廠(湘潭電機維修中心) |
| 聯(lián) 系 人： | 胡經(jīng)理 |
| 聯(lián)系電話： | 0731-58626841 |
| 手 機： | 13367420761 |
| 公司郵箱： | 2547364023@QQ.COM |
| 公司網(wǎng)址： | http://www.m.haloandellis.com/ |
