大容量发电机定子铁芯故障调查及治理

晏桂林, 龚 宁



大容量发电机定子铁芯故障调查及治理

晏桂林*1, 龚 宁2

(1. 湖南省电力公司 科学研究院, 湖南 长沙, 410007; 2. 湖南省电力公司 柘溪水力发电厂, 湖南 益阳, 413508)

对湖南省内发电机定子铁芯工作情况进行了调查, 根据调查结果, 总结了发电机定子铁芯故障的表现形式, 分析了故障产生的原因, 给出了故障治理及预防的措施.

定子铁芯; 故障; 治理; 预防措施

汽轮发电机作为火力发电厂的主设备之一, 具有投资大、结构复杂、工作条件特殊(高温、高压、高转速)、连续运行要求高等特点. 近几年来, 湖南省内上网发电机铁芯问题频出, 问题较轻者, 造成运行过程中发电机运行不稳定, 影响出力; 问题严重者, 造成绝缘事故, 甚至发电机解体, 重新叠压硅钢片. 多次事故的发生, 给各发电厂造成了巨大的经济损失, 为全面了解大型发电机铁芯故障的表现形式及有针对性地处理和预防同类型事故的发生, 作者对近几年来湖南省内大型发电机铁芯故障进行了广泛调查和研究, 并提出相应处理办法.

图1 某厂发电机铁芯“跑片”状态图

1 汽轮发电机定子铁芯故障典型表现形式

1.1 定子铁芯“跑片”

某厂3号发电机为哈尔滨电机厂生产的型号为QFSN-300-2汽轮发电机组, 2005年投产.2008年大修检查时, 发现在发电机人孔门处电机铁芯有“跑片”现象. 近几年的运行结果表明, 发电机一直存在振动现象, 且在180 MW～200 MW负荷点, 振动尤为剧烈. 2010年发电机大修检查时, 发现发电机“跑片”有所增加, 通过观察, 松动的硅钢片达到7、8片之多, 松动最严重处达6 mm左右, 松动状态如图1所示.

1.2 定子铁芯松动引起发热

某厂4号发电机为上海电机厂生产的600 MW QFSN水氢氢汽轮发电机组, 2006年投产. 2009年机组检修时, 在励端第一档发现极少量黑色油泥, 同时使用推力计, 检测汽、励2端各6档风道板全部齿条及本体各风区剩余紧力, 结果发现铁心齿条紧量不足, 励端严重, 本体和汽端相对励端较好. 对穿心螺杆和定位螺杆剩余紧力进行检查发现: 穿心螺杆紧力在100～120 MPa之间, 平均紧力为113.8 MPa, 剩余紧力为标准的90%; 检测汽、励2端圆周上下左右90°位置4根定位螺杆的当前紧力, 汽端平均剩余紧力为额定紧力的88%, 励端平均剩余紧力为额定紧力的87%. 且在励端发现有硅钢片烧损痕迹.

1.3 定子铁芯振动及噪音

某厂4号发电机为哈尔滨电机厂生产的型号为QFSN-300-2汽轮发电机, 自2004年以来, 该发电机运行过程中一直存在有电磁噪音, 为了解振动及噪音具体情况, 专门对4号发电机进行了振动和噪音测量, 振动测点布置为: 在定子机座的中部布置振动测点, 同时在励端和汽端轴承座垂直、水平和轴向3方向布置测点, 测量轴承座的振动, 噪音测点布置在机壳两侧, 共10个, 测点布置如图2所示. 依次在不同工况下对振动及噪音进行测试, 测试结果发现各有功工况下噪声均超过新机出厂值要求的92 db, 最大达到103 db.

励端678910汽端 发 电 机 12345

2 发电机铁芯故障原因分析

2.1 发电机定子铁芯冲片的影响

现代大型发电机的定子铁芯通常是由几十万片互相绝缘的高导磁、低比损耗的冷轧无取向、厚度为0.35～0.50 mm的扇形硅钢片叠压而成. 由于硅钢片本身的原因造成发电机定子铁芯故障主要表现在: ① 硅钢片在成型过程中由于工艺问题, 使其边缘存在毛刺, 运行过程中, 毛刺刺伤片间绝缘, 引起硅钢片片间短路[1]; ②几十万片硅钢片的尺寸互相之间有出入, 在叠压过程中, 大量硅钢片叠压在一起就会造成叠压系数过低, 使得发电机铁芯整体呈松动状态, 而发电机铁芯由于定位筋的存在, 定子整体本身呈电气连接, 若铁芯片的绝缘因为振动等原因受损或变低, 发电机在运行中同样会形成片间短路, 产生涡流损耗. 若这些原因造成的硅钢片绝缘损坏严重时, 涡流损耗会急剧增大, 使铁芯发热, 温度升高, 造成严重事故.

另外, 形成“跑片”的硅钢片一方面有可能会损伤铁芯拉紧螺杆的绝缘, 造成铁芯多点接地故障; 另一方面, “跑片”的硅钢片旋转时会触及定子线圈绝缘体系, 造成绝缘磨损, 而且一旦松动硅钢片出现断裂, 刺入定子线圈, 同样会伤及定子绝缘, 造成定子线圈接地事故[2].

2.2 发电机定子铁芯绝缘漆的影响

发电机铁芯硅钢片间绝缘主要通过绝缘漆来实现, 这种绝缘漆的存在主要是为了减小涡流, 降低发热损耗, 我国目前使用的硅钢片漆大多为有机硅钢片漆, 这种绝缘漆的成膜性能良好, 且电阻很大, 但其最大的弱点是热收缩变形大, 若硅钢片间绝缘降低, 涡流损耗加大, 造成漆膜温度升高, 会使得绝缘漆膜厚度和绝缘电阻下降, 从而铁芯松动进一步加剧. 另外, 绝缘漆若发生老化或者碳化, 也会造成硅钢片的片间短路.

2.3 湖南省内发电机铁芯故障原因调查

2010年, 对湖南省内并网汽轮发电机故障铁芯进行了全面调查, 发现故障形式主要表现在2方面. 一是有效铁芯压装变松, 振动和噪音加大; 二是铁芯硅钢片间绝缘损坏, 造成短路和过热烧损. 但从各电厂的处理结果来看, 效果不很理想, 分析起来, 原因有2点: ① 各故障发电机在制造过程中, 硅钢片的压制及片间绝缘漆的选用不合格, 导致叠压铁芯时, 不能有效压紧铁芯, 或者即使能暂时压紧铁芯, 但由于硅钢片及漆膜的厚度不一, 受力不匀等原因, 导致运行过程中铁芯再度变松. ②发电机本身结构上的原因导致铁芯不能压紧, 哈尔滨电机厂生产的300 MW汽轮发电机定子铁芯并没有穿心螺杆, 铁芯的紧固仅靠背部定位筋的拉力, 这种结构对于铁芯齿部的松动不能有效压紧. 正是这些原因的存在导致省内多台发电机铁芯频出故障.

3 铁芯松动后的检查及预防处理措施

发电机铁芯一旦发生松动会有各种故障现象存在. 运行时, 运行人员在巡视发电机时应注意其噪声的变化, 松动的铁芯将会使发电机噪声增大. 如发现噪声异常增大, 应查明原因, 在适当时间安排停机查修. 对于噪音随有功变化而变化的发电机, 运行过程中要注意避开噪音过大的有功工况点; 另外在大修中要详细检查定子铁芯的松紧情况, 对定子铁芯背部定位筋螺母(压圈螺母)进行检查, 定位筋螺母紧力如减少, 该发电机定子铁芯就已经松弛, 同时对有穿心螺杆的发电机, 应测量穿心螺杆对地的绝缘电阻值. 还可打开发电机端盖及人口门, 检查铁芯有无“跑片”、放电等现象的存在, 对于位置跑动的硅钢片进行标记并拍照, 详细记录在案, 以便在以后检修中进行比较判别是不是跑动的硅钢片有新的发展或者出现新的硅钢片跑动现象. 对于沁油严重的发电机, 一定要注意油压和氢压的配合问题, 大修过程中及时更换密封部件, 防止油腐蚀对端部硅钢片的损伤; 若有条件, 还可以投运发电机绝缘在线监测装置, 以及时发现因铁芯松动对发电机线棒绝缘造成的损伤[3].

若发现有铁芯松动现象, 要及时处理, 现场处理方式有3种: ① 对于齿部或背部部分松动的硅钢片, 可采取加灌绝缘漆或者打入绝缘斜锲片的方式进行局部处理; ② 若铁芯已整体松动, 建议采用专用工具对穿心螺杆和定位螺杆的压力进行补充的方式进行整体紧固; ③ 若松动硅钢片伤及到定子线棒绝缘, 应及时更换线棒, 防止事故范围进一步扩大[4].

4 结语

近年来, 湖南省内发电机定子铁芯故障频发, 严重的铁芯故障实际造成的经济损失和修复难度远比单纯绝缘事故要严重得多, 应该引起人们在检修和运行期间的高度重视, 特别是不能轻易放过较轻微的故障现象, 防止其发展为严重的事故.

本文基于近年来湖南省内发电机定子铁芯状况调查结果, 总结了定子铁芯故障的表现形式及产生故障的原因和处理方法, 对于发电机定子铁芯的运行、检修和维护具有一定的指导作用.

[1] 李伟清. 汽轮发电机故障检查分析及预防[M]. 2版. 北京: 中国电力出版社, 2010: 18—22.

[2] 张建忠, 刘长江, 刘宏志, 等. 大型汽轮发电机定子铁芯故障分析及预防[J]. 河北电力技术, 2001, 20(4): 17—18, 28.

[3] 刘峻华, 黄树红. 汽轮机故障诊断技术的发展与展望[J]. 汽轮机技术, 2000, 42(1): 1—6.

[4] 严可国. 大型汽轮发电机组故障诊断方法及监测保护系统研究[D]. 华北电力大学, 2009.

Research and treatment for stator core failure of large capacity generator

YAN Gui-lin1, GONG Ning2

(1. Hunan Electric Power Corporation Research Institute, Changsha 410007, China; 2. Zhexi Hydropower Station, Hunan Electric Power Corporation, yiyang 413508, China)

The characteristics of stator core failure based on a researching of stator core in Hunan power network were analyzed, and the treatment methods and preventive measureswere put forward.

stator core; failure; treatment; preventive measures

10.3969/j.issn.1672-6146.2013.04.014

TM 621.3

1672-6146(2013)04-0057-03

email: 93317566@qq.com.

2013-09-21

(责任编校: 江 河)