發(fā)電機(jī)增容改造后出現(xiàn)的問題及消除措施
對發(fā)電機(jī)組增容改造后試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)的定子繞組泄漏電流不平衡、發(fā)電機(jī)軸瓦發(fā)生電腐蝕、端部磨損嚴(yán)重、轉(zhuǎn)子槽楔松動等現(xiàn)象進(jìn)行了分析；介紹了消除這些現(xiàn)象的處理方法和過程，如采取清理發(fā)電機(jī)定子絕緣引水管，端部加固綁扎，轉(zhuǎn)子在槽楔下面加絕緣墊，重新打緊槽楔等措施，取得了一定效果，機(jī)組的運(yùn)行狀況得到了改善，文中還提出了相應(yīng)的預(yù)防措施。 關(guān)鍵詞：泄漏電流；振動；槽楔；繞組試驗(yàn)；發(fā)電機(jī)；技術(shù)改進(jìn)；增容改造 為了緩解供電緊張局面，減輕新機(jī)組建設(shè)周期長、任務(wù)重、資金調(diào)配困難等壓力，對舊有中小型發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了增容改造。這項(xiàng)改造工程，周期短、見效快，經(jīng)濟(jì)效益也較顯著。然而也有一些增容改造工程出現(xiàn)了一些問題。其原因是多種多樣的，有的是因受現(xiàn)場工藝條件的制約而產(chǎn)生的，有的是施工和改造方案論證缺乏依據(jù)而導(dǎo)致的，個別的是施工管理缺失的結(jié)果。筆者對某發(fā)電廠機(jī)組改造后產(chǎn)生的問題進(jìn)行了簡析，以期在今后的機(jī)組增容改造中能科學(xué)地處理好類似的問題。
1 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)水短軸斷裂導(dǎo)致停機(jī)的問題
1.1 進(jìn)水短軸斷裂情況及原因分析
某電廠9號發(fā)電機(jī)由原同軸直流勵磁機(jī)勵磁改造為機(jī)端勵磁變發(fā)電機(jī)勵磁，拆除了原來的同軸勵磁機(jī)，發(fā)電機(jī)軸系縮短2 m多，轉(zhuǎn)子進(jìn)水向汽側(cè)同步移位。2005
- 02 - 04 T 13∶ 50，汽輪機(jī)運(yùn)行員檢查發(fā)現(xiàn)，9號機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻水進(jìn)水支座盤根漏水大，聯(lián)系汽機(jī)檢修專業(yè)人員進(jìn)行處理；14∶ 45～14∶ 55，盤根漏量增大，經(jīng)調(diào)整（緊盤根）漏量有所減小；18∶ 05，9號機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻水進(jìn)水支座盤根漏水增大，2005
- 02 - 05 T 00∶ 30，發(fā)電機(jī)解列。
對轉(zhuǎn)子進(jìn)水支座進(jìn)行解體，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子進(jìn)水短軸斷裂、盤根正常。本次斷裂的短軸是2000年發(fā)電機(jī)大修改造時(shí)更換的上海電機(jī)廠產(chǎn)品。短軸拆除后，檢查其外觀并無異常，軸頸磨損較輕，可以重復(fù)使用。重裝后，測軸頭晃動40μm，滿足小于50μm的要求，安裝、調(diào)整無異常。技術(shù)人員檢查短軸斷裂和斷口情況，光譜檢測結(jié)果顯示：焊接法蘭的法蘭盤為碳鋼，軸體為高鉻不銹鋼材質(zhì)。對短軸斷口和斷口處的焊接夾砂情況進(jìn)行了分析，初步認(rèn)定：進(jìn)水短軸斷裂的原因?yàn)檩S體材質(zhì)和焊接法蘭的焊接工藝不良，因而焊接缺陷在長期交變應(yīng)力作用下發(fā)生了疲勞斷裂。
1.2 防范措施
進(jìn)水短軸器件不大，但與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直接連接，對發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行會有直接影響，因此應(yīng)做好類似設(shè)備的金屬監(jiān)督和檢查維護(hù)工作。水內(nèi)冷機(jī)組的轉(zhuǎn)子進(jìn)水短軸在大修期間應(yīng)進(jìn)行金屬探傷，小修時(shí)也應(yīng)將其列為檢查、維護(hù)項(xiàng)目。加強(qiáng)設(shè)備管理和專業(yè)設(shè)備維修分工管理，明確領(lǐng)用、管理和維護(hù)責(zé)任，并注重考核。為防止發(fā)生類似事件，應(yīng)聯(lián)系設(shè)備廠家，對該短軸斷裂進(jìn)行深入分析，并查詢短軸加工、焊接情況和材質(zhì)情況。
2 發(fā)電機(jī)泄漏電流嚴(yán)重不平衡的問題
2.1 異?，F(xiàn)象
某發(fā)電廠對QFS - 137.5型（改造前為QFS - 125 - 2型）D號機(jī)組進(jìn)行小修，在做發(fā)電機(jī)泄漏電流和直流耐壓試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，三相泄漏電流嚴(yán)重不平衡，A相較其他2相高400%以上，并且在1min的加壓時(shí)間內(nèi)A相泄漏電流由60μA驟增到91μA，比歷年的數(shù)據(jù)增長了許多，各相泄漏電流相差也較大。這些泄漏電流隨著加壓時(shí)間的增加而升高，但充電現(xiàn)象仍然正常。
2.2 原因分析
根據(jù)試驗(yàn)，初步推測是繞組端部存在臟物或高阻性缺陷。打開端蓋檢查發(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1mm3的黑色粉末不明物），較其他2相嚴(yán)重。經(jīng)清污后再做定子繞組泄漏電流和直流耐壓試驗(yàn)，三相泄漏電流均小于15μA（與歷年數(shù)據(jù)相比已無明顯變化），缺陷消除。
對發(fā)電機(jī)定子絕緣引水管內(nèi)壁結(jié)垢進(jìn)行取樣檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其主要成分為銅的化合物，這可能是發(fā)電機(jī)定子空心銅管受腐蝕，或者是機(jī)組改造中更換繞組時(shí)接頭的銅焊渣未完全清理干凈的緣故。運(yùn)行記錄顯示，該機(jī)在停機(jī)前的化學(xué)水質(zhì)分析中已發(fā)現(xiàn)銅離子含量超標(biāo)，經(jīng)常在100μg/L以上。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)冷水箱上蓋未封閉，雙冷水直接與大氣接觸，氧氣進(jìn)入定子空心銅管，致使銅管腐蝕而造成銅離子含量超標(biāo)。
2.3 防范措施
?。?） 發(fā)電機(jī)每次大修后、開機(jī)前，定子水系統(tǒng)應(yīng)使用除鹽水進(jìn)行帶壓力反復(fù)沖洗，直到排水清澈無顆粒，電導(dǎo)率達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。
?。?） 發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行期間，當(dāng)連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過2個月后，遇有停機(jī)或解列機(jī)會時(shí)，應(yīng)對發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行反沖洗。
（3） 完善發(fā)電機(jī)冷卻水系統(tǒng)，盡可能使其密閉循環(huán)。
?。?） 加強(qiáng)運(yùn)行中的水質(zhì)監(jiān)控，內(nèi)冷水質(zhì)應(yīng)按照汽輪機(jī)運(yùn)行規(guī)程執(zhí)行。
3 發(fā)電機(jī)勵側(cè)軸瓦發(fā)生電腐蝕的問題
3.1 異?，F(xiàn)象
某發(fā)電廠8號發(fā)電機(jī)由于軸電壓放電造成勵側(cè)軸瓦有電腐蝕。在改造后的一次小修期間，對其軸電壓和軸瓦對地絕緣進(jìn)行了測量。在測量勵側(cè)軸瓦對地絕緣電阻時(shí)，發(fā)現(xiàn)絕緣電阻為零，呈短路接地狀態(tài)。機(jī)組并網(wǎng)后測得油膜電壓為3.2V，軸電壓基本由油膜承擔(dān)。雖然電壓不高，但是一旦油膜被擊穿發(fā)生放電，可能會使?jié)櫥?、冷卻的油質(zhì)逐漸劣化，嚴(yán)重時(shí)會燒壞軸瓦，造成停機(jī)事故。進(jìn)一步檢查又發(fā)現(xiàn)，機(jī)組改造后在勵側(cè)軸瓦上部及側(cè)面加裝的溫度和振動傳感器對絕緣有一定影響。
3.2 消除方法
?。?） 對軸瓦絕緣進(jìn)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(hù)套）進(jìn)行了仔細(xì)檢查，對軸承定位銷和螺栓絕緣套筒表面的油污等進(jìn)行了清理。
?。?） 機(jī)組改造后要保證軸承座絕緣墊的結(jié)構(gòu)為“環(huán)氧板—金屬片—環(huán)氧板”結(jié)構(gòu)。在每次大修結(jié)束時(shí)，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，其值應(yīng)不小于0.5MΩ；小修后應(yīng)測量環(huán)氧板中金屬片的絕緣，運(yùn)行中可采用萬用表測量軸承座對地絕緣電阻，均不應(yīng)有明顯的金屬性接地。
?。?） 應(yīng)注意軸瓦安裝傳感器等其他部件后的對地絕緣情況。
4 定子端部線棒磨損和轉(zhuǎn)子槽楔松動的問題
4.1 異常現(xiàn)象
某發(fā)電廠1號QFSN - 200 - 2型發(fā)電機(jī)，1981年12月投產(chǎn)。1983年1月發(fā)生發(fā)電機(jī)定子線棒端部燒壞事故，當(dāng)時(shí)處理方法為現(xiàn)場更換發(fā)電機(jī)定子線棒。1998年10月，對該發(fā)電機(jī)進(jìn)行增容改造，使發(fā)電機(jī)額定容量由200MW增加到220MW。
發(fā)電機(jī)增容改造后，初次小修檢查發(fā)現(xiàn)：定子鐵心壓圈緊固螺栓（每側(cè)18顆，共36顆）松動，金屬夾板與絕緣夾板連接處也有松動現(xiàn)象。
2001年11月，發(fā)電機(jī)小修檢查發(fā)現(xiàn)：發(fā)電機(jī)定子端部引出線與固定絕緣夾板間有3處明顯磨損，并出現(xiàn)灰色的絕緣泥。當(dāng)時(shí)將3處出現(xiàn)松動磨損的絕緣夾板拆下進(jìn)行清理，在墊塊間加墊適形滌綸墊，并刷環(huán)氧樹脂膠作固化處理。
2002年10月，1號發(fā)電機(jī)大修檢查中發(fā)現(xiàn)：汽輪機(jī)端定子、定子鐵心定位筋螺栓螺帽有3處松動（M64），部位是：1點(diǎn)半鐘、7點(diǎn)鐘、10點(diǎn)鐘位置；勵磁機(jī)端過橋線絕緣支架壓板螺帽約有1/4松動，在51、48、45、42號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(yán)重；在14、17號線棒部位（即靠近3點(diǎn)鐘的位置），有青灰色油漿流出。檢查發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子又發(fā)現(xiàn)：共有52塊（總數(shù)416塊）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
分析認(rèn)為：定子鐵心壓圈緊固螺栓松動，是運(yùn)行中發(fā)電機(jī)鐵心壓圈振動磨損引起的；發(fā)電機(jī)端部整體綁扎緊固不夠，是因?yàn)?號發(fā)電機(jī)增容改造后容量增加了10%，其端部線圈所受電動力會上升約20%，而發(fā)電機(jī)端部綁扎緊固情況沒有進(jìn)行改造的緣故。
發(fā)電機(jī)定子端部線棒可能存在固有的共振頻率（接近100Hz），因而在發(fā)電機(jī)運(yùn)行中可能產(chǎn)生共振，導(dǎo)致定子線棒端部與絕緣夾板的磨損。
發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子槽楔松動是由于增容改造時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線棒全部拆下進(jìn)行了清理，重新下線，雖對槽楔進(jìn)行打緊，但運(yùn)行一段時(shí)間后，在線棒受力和發(fā)電機(jī)端部線圈共振等因素作用下，槽楔出現(xiàn)了松動現(xiàn)象。這種松動有可能引起匝間絕緣墊條、楔下調(diào)節(jié)墊條竄動而堵塞風(fēng)孔，影響發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線棒散熱。
4.3 處理措施
4.3.1 定子部分缺陷處理
（1） 在電機(jī)制造廠專家的指導(dǎo)下，將金屬夾板與絕緣夾板連接螺栓緊固，用1 000 kg/m的氣動扳手從汽側(cè)將鐵心壓圈螺栓緊固，緊固程度達(dá)1/4～1/2周；勵側(cè)鐵心壓圈螺栓用大錘緊固處理。在螺母與螺栓之間滴入290號厭氧膠，將螺母鎖牢。
（2） 對1號發(fā)電機(jī)進(jìn)行定子繞組端部振形模態(tài)試驗(yàn)檢查。試驗(yàn)采用錘擊法對發(fā)電機(jī)端部繞組進(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)采集，求出各測點(diǎn)的傳遞函數(shù)，然后進(jìn)行模態(tài)分析，求出固有共振頻率、振形和阻尼等模態(tài)參數(shù)。發(fā)電機(jī)勵磁機(jī)側(cè)定子繞組端部引線的固有頻率見表1。
表1 發(fā)電機(jī)勵磁機(jī)側(cè)定子繞組端部引線的固有頻率 Hz
引線位置
徑 向
軸 向
切 向
1點(diǎn)半鐘（10號線棒）
100.0
106.0
92.0
3點(diǎn)鐘（19號線棒）
98.5
97.5
101.0
測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在勵磁機(jī)端發(fā)電機(jī)定子繞組端部10～19號線棒對應(yīng)的引線部位（1點(diǎn)半鐘到3點(diǎn)鐘位置）存在有頻率為100Hz的固有共振頻率。同時(shí)對勵磁機(jī)發(fā)電機(jī)定子繞組端部進(jìn)行整體振形模態(tài)試驗(yàn)分析。分析認(rèn)為在100Hz頻率附近沒有出現(xiàn)與橢圓振形對應(yīng)的固有共振頻率，這說明發(fā)生的故障是由發(fā)電機(jī)定子繞組端部局部振動造成的。
（3） 找出引起發(fā)電機(jī)端部繞組振動的原因后，對發(fā)電機(jī)定子繞組端部進(jìn)行加綁緊固，特別是對與10～19號線棒對應(yīng)的端部繞組引出線部位進(jìn)行了加綁緊固，以提高發(fā)電機(jī)定子端部繞組的剛度，增加端部繞組的固有頻率。
（4） 對磨損的部位進(jìn)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，并用5滌玻繩綁扎加固，刷環(huán)氧樹脂膠固化處理，以減少絕緣支架與過橋引出線之間的相互摩擦；對松動的緊固螺栓重新進(jìn)行緊固，更換保險(xiǎn)墊片。
（5） 對于發(fā)電機(jī)定子勵磁機(jī)側(cè)端部線棒左右的上方45°處的引線、右側(cè)水平位置的引線和頂部的引線，用20滌玻繩將前后2根引線加綁各3處（共6處），并刷環(huán)氧樹脂膠固化處理，使引線的固有共振頻率增加到120Hz左右。
（6） 發(fā)電機(jī)定子汽輪機(jī)端端部線棒絕緣盒在上、下、左、右4個位置，用20滌玻繩加綁，并刷環(huán)氧樹脂膠固化處理，以提高整個端部的剛度，使其固有頻率遠(yuǎn)離100Hz。
對發(fā)電機(jī)定子繞組端部進(jìn)行處理后，再次進(jìn)行了激振試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2～表4。
表2 汽輪機(jī)端、勵磁機(jī)端定子繞組端部
橢圓振型對應(yīng)的固有頻率和阻尼
位 置
固有頻率/Hz
阻 尼
汽輪機(jī)端
119.46
0.0305
勵磁機(jī)端
89.56
0.0142
表3 發(fā)電機(jī)定子繞組端部引出線的固有頻率 Hz
引 出 線 位 置
徑向
軸向
切向
1點(diǎn)半鐘（10號線棒）位置
處理前測試值
100.0
(116.0)
106.0
(114.5)
92.0
(119.5)
3點(diǎn)鐘（19號線棒）位置
處理前測試值
98.5
(115.5)
97.5
(115.0)
101.0
(116.5)
4點(diǎn)半鐘（28號線棒）位置
處理前測試值
77.5
78.5
84.0
7點(diǎn)半鐘（37號線棒）位置
處理前測試值
92.0
89.5
92.5
9點(diǎn)鐘（46號線棒）位置
處理前測試值
93.4
92.0
93.2
10點(diǎn)半鐘（1號線棒）位置
處理前測試值
93.7
91.2
76.3
注： 括號內(nèi)的值為處理后的值。
表4 絕緣支架與發(fā)電機(jī)定子繞組
引出線之間的固有頻率 Hz
絕緣支
架測點(diǎn)
切 向
過橋引
出線測點(diǎn)
軸 向
徑 向
測點(diǎn)1
90.0，150.0，201.3
測點(diǎn)1
85.5，116.5
85.5，135.5
測點(diǎn)2
67.5，161.3，192.5
測點(diǎn)2
85.0，149.0
89.0，134.0
測點(diǎn)3
142.5，168.8
測點(diǎn)3
65.5，121.0
92.5，129.5
測點(diǎn)4
138.8，265.0
測點(diǎn)4
62.5，120.0
87.5，129.5
從測試數(shù)據(jù)可以看出：經(jīng)過處理之后的10~19號線棒所對應(yīng)的定子繞組引出線的固有頻率提高了10%以上，達(dá)到了避開發(fā)電機(jī)電磁振動頻率100 Hz的目的，滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
從表2可見，勵磁機(jī)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(jī)端定子繞組端部整體橢圓對應(yīng)的固有頻率為119.46Hz。1號發(fā)電機(jī)定子繞組端部經(jīng)過處理后，其固有頻率有所提高，定子端部引線的固有頻率和定子繞組端部整體橢圓振型對應(yīng)的固有頻率已遠(yuǎn)遠(yuǎn)避開94～115Hz的危險(xiǎn)值，因此1號發(fā)電機(jī)定子繞組端部已能滿足安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求。
4.3.2 轉(zhuǎn)子部分缺陷處理
發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子槽楔全部退出清理，加絕緣墊，重新打緊處理。
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：①楔推不動，木榔頭敲不動；②端部的銅槽楔用小錘敲擊，實(shí)響聲段≥1/3全長；③第3、第7兩風(fēng)區(qū)的鋁槽楔，用小錘敲擊，實(shí)響聲段≥1/3全長；④同一槽內(nèi)第2至第8風(fēng)區(qū)之間有2根以上的鋁槽楔，實(shí)響聲段≥1/3全長，而且這2根鋁槽楔不連續(xù)，避免全槽槽楔向一端竄動。
4.4 預(yù)防措施
在發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中，應(yīng)多注意觀察發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀況和振動情況，有問題應(yīng)及時(shí)分析處理。在每次發(fā)電機(jī)檢修工作中，應(yīng)進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)部檢查定子端部線棒的綁扎緊固情況，檢查是否有磨損現(xiàn)象。在發(fā)電機(jī)大修工作中，應(yīng)對發(fā)電機(jī)進(jìn)行定子繞組端部振型模態(tài)試驗(yàn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有不合格的點(diǎn)時(shí)應(yīng)及時(shí)處理。對運(yùn)行時(shí)間長的機(jī)組，若有條件，應(yīng)加裝在線振動監(jiān)視儀，對發(fā)電機(jī)端部進(jìn)行在線監(jiān)視。
5 結(jié)束語
發(fā)電機(jī)是發(fā)電廠生產(chǎn)設(shè)備的核心組成部分，對發(fā)電機(jī)本體的任何部位進(jìn)行改造時(shí)，必須經(jīng)過充分的理論論證和試驗(yàn)，對繞組、鐵心和絕緣的改造固然要慎重，對其他輔助回路的改進(jìn)和安裝同樣也要認(rèn)真。目前在電機(jī)改造過程中發(fā)生的問題還不少，這就要求技術(shù)管理工作者不斷提高認(rèn)識，加強(qiáng)交流與學(xué)習(xí)，開拓視野，提高設(shè)備改造水平。有些情況還必須與電機(jī)制造廠進(jìn)行充分交流，以便對設(shè)備改造和更換取得必要的技術(shù)支持，確保增容改造成功。
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