两起135MW发电机定子铁芯故障分析处理

梁保华

连州发电厂，广东省连州市 513400

两起135MW发电机定子铁芯故障分析处理

梁保华

连州发电厂，广东省连州市 513400

介绍了连州发电厂3、4号发电机定子铁芯端部阶梯齿断齿以及端部线棒受损的情况。分析故障原因，针对原因对定子铁芯进行了断齿修复和紧固，对受损线棒进行了更换修复，跟踪各发电机修复后运行效果良好。

发电机；定子铁芯；松动；断齿；绝缘损伤；故障处理

1.发电机定子基本情况[1]

连州发电厂3、4号汽轮发电机型号为QFS-135-2，定子额定电压15.75kV，定子额定电流5822A,额定转速3000r/min。采用水、水空的冷却方式即发电机的定子绕组和转子绕组采用水内冷。定子铁芯及端部结构件采用空气冷却。

2.发电机定子故障的发现[2]

连州电厂3、4号机组分别于2004年2月和11月投产，运行1年于2005年两机组分别进行了A级检修，检查各发电机本体包括定子铁芯无异常，2010年6月21日，对4号发电机进行第一次B级检修，抽出转子后发现定子励端＃27槽上层线棒绝缘局部损坏，在励端铁芯＃26号阶梯齿冲片断落等问题（见图1）。2010年10月对3号机组停机进行第一次B级检修，于10月22日抽出转子，发现励端铁芯有多处断齿以及多条线棒损伤现象，故障同4号发电机类似，并且转子表面刮损，铁芯通风槽内发现部分铁屑。

图1

3.发电机定子损伤故障原因分析

现场用工具测量各发电机其他未发展到损伤程度的铁芯齿头松动情况，发现励端多处阶梯铁芯亦有松动，多处齿压板铁板亦已断裂，甚至有风道工字钢断裂的情况。对于双极发电机，由于转子和定子间的磁作用力使得铁芯上每一点的振动频率为转速的二倍[3]，因此该松动情况很可能使各处齿头硅钢片受端部电磁振动力作用而断裂并脱落。分析临近伤痕形成的机理：如第一档铁芯脱落硅钢片（冲片）碎片，受风力吹送往铁芯中部移动，但碎片质量很有限，对途经的铁芯表面刮损程度应该比较轻微，按理不应造成铁芯表面如此严重的形似“击伤”的轴向分布损伤。但是当考虑电磁力时，从励侧往发电机看转子旋转方向是逆时针方向，碎片受到周向电磁力吸引作用，将沿周向逆时针运动，当受到最近处的线棒阻挡时，会在该处相对较少的空间内堆积和停留（见图2），并对该处铁芯和线棒侧面冲击造成损伤，可能进一步生产摩擦、齿头表面短路发热和电腐蚀而使硅钢片表面进一步脆化，发生更多掉落。

运行中发电机铁芯在励磁时，由于端部电场分布不均匀[4]，定子铁芯与其脱落的硅钢碎片之间存在电磁吸力，使硅钢碎片紧贴在铁芯表面并相对静止，由于换极的作用（转子以3000转/秒的转速旋转，其磁极对交替地掠过定子铁芯表面）使该碎片受到电磁吸力成为频率f = 磁极个数2 P ×转速n/ 60 = 2 ×3000/ 60 =100Hz的高频振动力，因此即使脱落碎片质量较小，仍对途经的铁芯表面产生较强烈的振动摩擦并造成损伤，碎片停留时间越长其对铁芯损伤积累效果就越大。

图2

4.危害性分析

定子铁芯冲片的齿端铁片断裂脱落已打坏定子线棒和转子铁芯，若继续发展扩大故障，铁芯松动将导致定子整体紧固性被破坏。这些现象发展到一定程度形成恶性循环，如不及时处理，引起端部线棒绝缘层半导体层全部磨损，最终将造成发电机绝缘击穿和铁芯烧毁的严重事故[5]。

5.修复处理

（1）拔出各损伤部分上层线棒，清理定子铁芯膛内。打磨励端端部断齿部位的残存齿部，修平齿底部位。打磨定子铁芯齿顶表面痕迹处。要求：检查断齿部位冲片，对有损伤的一并去除并打磨。打磨时应配备真空吸尘器，应及时清除打磨金属残留物。

（2）用百分比浓度40%～68%的硝酸溶液，酸洗上述铁芯打磨部位，直至用放大镜检查可以十分清晰地看出打磨处铁芯冲片的层次，然后，用无水乙醇清洗酸洗表面并擦干。

（3）检查定子铁芯修磨处是否存在短路点：进行铁芯铁耗发热试验，在试验过程中，用热像仪和红外点温计检查定子铁芯内膛。

以上机组经修复后投入运行，并分别于2011年月2012年月抽转子或吊开大小端盖检查修复运行情况，表明效果良好。

6.结语

总结本次处理经验为应对发生同类发电机定子故障，建议：

（1）发生同类发电机断齿故障后，用绝缘材料打紧和镶胶木假齿处理的方法是可行的。

（2）应提高发电机制造、安装质量。加强冲片制造过程检测，采用清洁区叠装铁芯，加强叠装过程检查，避免发电机制造、安装阶段隐藏的缺陷遗留到生产中。

（3）运行单位应加强对发电机运行维护过程保护、防止过程中磕碰伤事故发生，新机运行一年发电机首次检修，有必要进行抽转子检查，及时发现和处理发电机制造、安装等方面的问题。

（4）新装发电机投产后第一次大修时，对定子铁芯的再打紧是必要的，建议各同类型机组电厂将此列入第一次大修常规项目。

[1]上海发电机厂.QFS50－300MW系统双水内冷汽轮发电机产品说明书

[2]上海发电机厂.连州电厂3 号机(135S025)定子铁心断齿修理情况

[3]顾晃.汽轮发电机组的振动与平衡,1989年06月

[4]杨嗣彭.同步电机运行方式的分析,1989年11月

[5]罗 松.东风发电厂发电机定子铁芯断齿与处理.贵州水力发电,2001年第2期

TM311; TM303.3

B

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.15.045

梁保华，男，广东云浮人，1970年1月出生，单位：连州发电厂，职称:电气工程师，从事发电厂电气专业技术管理工作。