124MW燃机发电机转子烧损事故的系统分析与优化改进

劳文杰 高炎

摘 要：通过一起燃机发电机在运行过程中解列停机事故，系统的分析转子烧损原因，对导电螺杆、轴向引线、端部垫块、匝间绝缘结构及相应工艺措施进行优化改进，有效的保证设备的持续稳定运行。

关键词：发电机;导电螺杆;轴向引线;端部绝缘垫块;槽绝缘

Abstract：Based on the analysis of the rotor burning loss and the shutdown accident during operation of a gas turbine generator， the conductive screw， axial lead， end pad， inter-turn insulation structure and corresponding technological measures are optimized and improved to effectively ensure the continuous and stable operation of the equipment.

Key words：Generator  Conductive screw  The axial lead  End insulation cushion block  Slot insulation

燃机发电机组由低热值燃气轮机、燃机发电机、煤气压缩机等组成，汽端对接燃机，励端拖动离心式煤气压缩机。因厂房布置紧凑，发电机转子抽穿检修困难，自投运以来未进行过离线检修。在并网运行过程中，励磁电流、励磁电压突升，燃机发电机与系统解列。

一、发电机保护配置

发电机保护采用两套GE G60组成双重化保护，配置有发电机差动、接地、过电压、低电压、过频、过电流、失磁、负序、定时限过流等保护，没有配置转子两点接地保护。

（1）发电机励磁系统

发电机采用静态励磁系统，励磁装置为ELIN公司的THYN5系列。励磁调节器内的主要参数：

最大励磁电流限制（延时）      800A

励磁电流限制时间常数       5000

最大励磁电流限制（无延时）    1219A

最小励磁电流限制        191A

（2）发电机失磁保护

实时监测发电机的阻抗，如果继电保护装置发现发电机阻抗低于瞬时电抗，将触发整机跳闸动作。为了使保护参数与发电机负载相匹配，继电保护装置提供了按30%或更高的发电机负载值进行整定和可适应任何种类的负载的2种设定方式。

（3）发电机转子接地保护

转子接地保护通过ELIN励磁柜内的DRS-MMT实现。DRS-MMT通过电桥平衡原理测量直流励磁正负对地的绝缘，设置了两极，第一级为50kΩ动作，第二级为5kΩ动作，两级均为报警，没有跳闸功能。发电机转子保护接线原理见图1：

二、故障过程DCS曲线（见图2、图3）

三、转子解体后情况

（1）端部垫块固定方式采用绝缘胶木块顶部与NOMEX纸铆钉固定，NOMEX纸再粘结在端部线圈顶部（见图4）。部分线圈端部垫块松动（见图5），拔掉护环后，部分端部垫块在NOMEX纸上的粘结剂干化以后掉落。

（2）转子径向导电螺杆外套絕缘垫块和锁紧螺母，通过锁紧螺母将导电螺杆与轴向引线压紧以确保其导电性，接触部位采用表带式多触点衬套导电，轴向引线为剖分式中间夹绝缘板结构（见图6）。转子径向导电螺杆与轴向引线接触部位烧蚀，径向螺杆与转子磁极线圈连接的Ω引线断裂。

（3）转子上有铁块熔化物和铁渣吸附，磁化现象较为严重，最内侧磁极线圈槽绝缘烧损，槽口小齿烧融。

四、原因分析

根据DCS曲线及转子解体后情况分析，事故的发生主要可分为4个时间阶段。

（1）该发电机组采用钢铁企业焦炉煤气燃烧发电，受生产约束运行于较频繁启停工况。发电机转子径向导电螺杆的固定螺母无防松结构易松动，螺杆晃动失位导致磁极Ω引线出现部分疲劳断裂，继而出现电接触不良、电阻异常等情况。同时松动造成导电螺杆与轴向引线导电接触不良引起螺杆与表带式触点衬套放电发生电腐蚀。

（2）事故发生前，发电机出口电压有跌落现象，转子励磁电流升高，励磁电压随之升高，而此时已部分断裂径向螺杆磁极Ω引线无法承受强励电流，导致彻底断裂。磁极Ω引线断裂后，转子线圈开路，在绕组中产生千伏级的高电压击穿转子最内侧线圈槽绝缘，形成线圈接地;而径向螺杆断裂处也发生放电拉弧现象，转子形成两点接地，转子槽口小齿烧熔，转子被磁化。

（3）因该机组无两点接地保护装置，转子两点接地后，线圈仅有8匝通电，其余6匝被隔断，线圈安匝数只有原来的4/7，转子线圈励磁安匝数不够，定子端电压下降，励磁调节器开始强励。超过强励允许时间10s后，定子端电压继续下降，在故障持续进行的13min时间段内，发电机转子不断地加励磁电流，以维持发电机出口电压，然后跌落，不断重复加励磁电流、再跌落的过程，直至发电机出口电压无法维持。

（4）发电机出口电压降低后，厂用电系统电压受到影响随之变低，引发副泵保护动作，辅助系统跳机，最终导致发电机最后解列停机。

五、改进对策

（1）优化端部绝缘垫块装配结构

将原端部绝缘垫块结构进行优化，采用扇形垫块两侧斜面与端部线圈圆角撑紧，确保长期运行不松动（见图9）。

（2）优化径向导电螺杆和轴向引线装配结构

将原螺母锁紧式导电螺杆、表带式触点衬套结构优化为导电螺杆与轴向引线螺纹旋紧，避免松动;将原剖分式轴向引线结构优化为整体式绝缘筒，延长绝缘寿命（见图10）。

（3）优化匝间绝缘结构

采用无缝拼接组合式匝间绝缘结构，与铜排等宽设计，匝间绝缘与铜排间采用耐高温的粘结材料，清洁房内进行整体嵌线，有效防止转子匝间短路，提高转子运行可靠性（见图11）。

（4）增加发电机励磁回路两点接地保护装置和相关监测装置，如转子匝间短路监测装置和局部放电监测装置。

（5）按照国家电力行业标准DL/T1766.1-2017及DL/T838-2003相关规范执行发电机设备的检修计划和检修项目。

六、结语

通过对一起燃机发电机转子烧损事故的系统分析和优化改进，解决了转子结构上的隐患，保证了设备的持续稳定运行。

参考文献：

[1]杨贵恒.发电机组维修技术.北京.化学工业出版社.2017

[2]国家标准.DL/T1766.1-2017 水氢氢冷汽轮机发电机检修导则

[3]国家标准.DL/T838-2003 发电企业设备检修导则