發電機定子線圈端部絕緣支架損壞的原因分析與修復方案

李大厚 云 華

（1.江門市電力工程輸變電有限公司，廣東 江門 529000； 2.南海發電一廠有限公司，廣東 佛山 528200）

南海發電一廠#2 發電機系北京重型機械廠生產的QFSN-200-2 型產品，投產日期為1997年11月。發電機定子線圈采用三相雙層半組式線圈，其端部分為22.5°籃式漸開線型，上下層平行，端部采用壓板加綁扎固定結構，壓板螺栓采用內外舌止動墊圈將螺栓和螺母同時鎖定。

2005年7月，進行#2 發電機組的大修時，發現勵側#18 線圈處的壓板槽口部螺栓已經松動，用手即可撥動。取下該處螺母進一步檢查發現該線圈處的絕緣支架已經被松動的螺栓磨損，磨損處周圍的顏色局部由環氧酚醛玻璃布板的黃色變為灰白色，存在過熱炭化的現象。#18 線圈上層引線R處由于被螺栓磨損，單邊絕緣厚度已經由 6mm 降至約1mm。#18 線圈為B 相繞組。而相鄰的#19 線圈為C相繞組。若不及時處理，在運行時隨時可能出現相間短路甚至燒毀發電機的重大事故發生。

1 原因分析

在發現#2 發電機勵側#18 線圈處支架和壓板螺栓的缺陷后，按照南方電網頒布的預防性試驗規程，對發電機進行了發電機端部固有振動頻率以及模態分析的試驗，重點是發電機的勵側。試驗數據如表1所示。

勵側鼻端 勵側槽口 汽側鼻端 汽側槽口 頻率/Hz 振形 頻率/Hz 振形 頻率/Hz 振形 頻率/Hz 振形 77.5 混合 79 擺動 146.0 橢圓 145.0 近似橢圓 98.5 混合 115.5 近似橢圓 116.0 橢圓 134.5 近似橢圓 135.0 近似橢圓

試驗是在發電機未通內冷水的情況下做的，從試驗結果可以看出勵側鼻端存在116.0Hz 的橢圓振形,槽口部存在115.5Hz 的近似橢圓振形。若在通水的情況下做此項試驗，頻率還會降至115.5Hz 以下，說明發電機勵側端部固有振動頻率接近共振頻率。

#2 發電機在1999年1月進行首次大修時，發現汽側端部壓板螺栓有一個螺母松動脫落的情況，當時懷疑是廠家未上緊螺母造成。2001年6月#2 發電機進行了第二次大修時，專門對發電機汽側、勵側的端部壓板螺栓進行了檢查，發現有半數以上的壓板螺栓存在不同程度的松動，部分螺母可以旋緊1～2 圈，當時所做的發電機端部固有振動頻率及模態分析的試驗表明汽側、勵側均不存在94～115Hz的橢圓振形的模態。本次大修，對發電機其他部位的壓板螺栓進行了檢查，并未見到螺母松動的情況出現。

根據歷次大修的情況分析，造成#18 線圈處壓板螺栓松動、絕緣支架磨損的原因可能有以下幾個方面：

1）設計上的原因。由于設計上的原因，絕緣支架支撐面不足夠，壓板的接觸面小，造成受力不均勻，運行時產生較強的振動。

2）工藝上的原因。由于發電機端部絕緣支架和壓板等部件的安裝是手工環節較多的位置，在安裝時如注入的樹脂等填充物不飽滿、適形勢不均勻、螺栓安裝的緊力不均勻，都可能引起端部的固有振動頻率偏離設計值，接近共振頻率。

3）運行方式上的原因。在發電機運行時，由于系統擾動，如電網事故、負荷波動、突然甩負荷等情況下，發電機端部都會受到較強的機械力沖擊，會造成發電機結構強度的薄弱點的變形及結構損傷。由于#2 發電機屬于調峰機組，負荷變化大，起停頻繁，這是可能的原因之一。

4）檢修上的原因。在每次大修時，都會對發電機汽側和勵側兩端的支架、壓板等進行檢查，重新緊固端部的壓板螺栓，可能因此產生端部固有振動頻率的改變。

2 處理措施及修后試驗

2.1 處理措施

首先上拆除已經磨損需要更換的絕緣支架。由于絕緣支架放置在定子線圈引出線與匯水環之間（支架為環氧酚醛玻璃布板厚約80mm，重15kg）,無法完整取下，只能將支架破壞后取出。生產現場無絕緣支架的備品備件，與北京重型電機廠取得聯系后，廠家派人攜帶支架前來指導支架的修復工作。

廠家制定的修復方案是切割阻擋支架安裝的一段匯水環，待支架裝復后，再重新焊接回切割掉的這段匯水環。此修復方案在生產現場實施不太符合現場實際情況，在切割和焊接時可能會導致雜質進入匯水環，這是不允許的，并且工期較長，可能影響機組大修的結束工期。

在查閱廠家的圖紙及有關資料后，根據現場的實際情況，重新制定了修復方案。具體的做法是：將定子線圈引出線R處用絕緣清洗劑清洗干凈，在絕緣磨損處用11 層粉云母帶刷樹脂補上，保證其絕緣強度達到或超過原有水平。

由于絕緣支架無法完整的放置在引出線和匯水環之間，需要將絕緣支架與匯水環接觸的部位切去一部分，以便支架的放入。然后根據支架與匯水環之間的間隙大小，用樹脂板做一個適形塊，刷上樹脂膠輕輕敲入間隙內，再穿入螺桿，安裝壓板，用樹脂膠盡量塞滿縫隙，最后緊固螺母。絕緣支架安裝結束后，待樹脂膠干透，表面噴漆。

2.2 修后試驗及分析

1）作電位外移試驗，槽口處電壓為0 ，手包絕緣處電壓為200V，符合規程要求。

2）作發電機端部固有振動頻率及模態分析的試驗，試驗數據如表2所示。

表2 修后電機端部固有振動頻率及模態分析試驗的測試結果

從試驗數據上來看，發電機勵側端部已經不存在94～115Hz 橢圓振形，但還有比較危險的數值，如118.0Hz 的近似橢圓振形、117.8Hz 的近似橢圓振形。在機組運行時加強監視。

3 結論

對#2 發電機勵側絕緣支架的修復工作，沒有對發電機端部結構作大的改動的情況下，完成了線圈引出線絕緣的修復和絕緣支架的更換，機組運行數月后，利用小修的機會對勵側端部進行了檢查，未發現任何異常，證明處理措施是可行的。

發電機端部固有振動頻率測試及模態分析試驗作為一項較為成熟的試驗手段已經在電力系統廣泛應用，用來檢測和評價大型汽輪以發電機定子線圈端部結構是否可靠。在南方電網已經將此試驗方法編入南方電網編制的電力設備預防性試驗規程。

引起發電機端部固有振動頻率接近共振頻率的原因有很多，需要作好同型發電機和歷次大小修試驗數據的收集工作以及發電機運行狀況變化的資料收集，從中尋找規律性的東西，并以此來指導機組的檢修和運行。