淺談大型發(fā)電機(jī)鐵芯松動(dòng)的成因及對(duì)策

陳嘉峰

哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司 黑龍江哈爾濱 150040

摘要：近年來(lái)全國(guó)大容量機(jī)組越來(lái)越多，發(fā)電機(jī)的容量、體積、電流與溫升也隨之增大，對(duì)發(fā)電機(jī)的定子線圈絕緣包扎、端部固定及定子鐵芯的端部漏磁都提出了更高要求。本文把一電廠4號(hào)發(fā)電機(jī)因?yàn)殍F芯松動(dòng)發(fā)生匝間短路而導(dǎo)致定子線圈接地故障的經(jīng)過(guò)、檢查、處理及原因分析進(jìn)行了詳細(xì)闡述，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提出了應(yīng)該采取的預(yù)防措施等，為從事發(fā)電企業(yè)的各位同仁提供借鑒和建議。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)；鐵芯松動(dòng)；匝間短路；原因分析；防范措施

1.設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單概述及事件經(jīng)過(guò)及現(xiàn)場(chǎng)檢查

600MW等級(jí)汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心全長(zhǎng)6300mm，軸向共分96段，每段之間有6mm通風(fēng)道，通風(fēng)槽鋼高度為6mm，靠近兩端3段鐵心為階梯段（項(xiàng)號(hào)片）并粘接成一體（見(jiàn)圖1）。

該發(fā)電機(jī)2009年12月10日通過(guò)168h考核，2013年4月檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)汽端定子端部階梯鐵芯5點(diǎn)位置燒損，燒損深度大約距離上層線棒的上表面三分之一處。另有四處鐵芯松動(dòng)，通風(fēng)槽鋼有三處斷裂。線棒側(cè)面絕緣燒損，大約有深1-2mm。見(jiàn)下圖。

修理后時(shí)隔一年又發(fā)生鐵心故障，并導(dǎo)致定子繞組接地嚴(yán)重事故，檢查確認(rèn)定子鐵芯汽端端部有燒損及斷齒現(xiàn)象。通風(fēng)槽鋼斷裂。共三處。34號(hào)槽定子線棒接地。（為第6種線棒）故障點(diǎn)見(jiàn)下圖.

2.故障原因剖析

2.1定子鐵心故障機(jī)理：一般分為有效鐵心壓裝變松、片間絕緣損壞、鐵心壓指或通風(fēng)槽鋼壓偏脫落，鐵心齒部疲勞斷裂，鐵心局部燒熔。有效鐵心壓裝變松是鐵心故障中最常見(jiàn)和最易發(fā)生的，同時(shí)鐵心變松故障的發(fā)展導(dǎo)致片間絕緣損壞，鐵心振動(dòng)等漸進(jìn)式惡性循環(huán)故障。由于制造時(shí)出現(xiàn)偏差積累，在發(fā)熱、振動(dòng)及電磁力的長(zhǎng)期作用下，使端部產(chǎn)生過(guò)量松弛，進(jìn)而片間出現(xiàn)振動(dòng)，相互打擊、摩擦致使片間出現(xiàn)絕緣損壞和金屬疲勞斷齒，造成鐵心沖片間短路，形成閉合渦流環(huán)路在沖片間產(chǎn)生較大環(huán)流，使短路點(diǎn)嚴(yán)重過(guò)熱，又使相鄰沖片絕緣損壞，造成沖片短路面積逐漸擴(kuò)大，此時(shí)由于閉合環(huán)路中磁通量增加，導(dǎo)致閉合環(huán)路的電流成倍增加，如此形成惡性循環(huán)，造成嚴(yán)重鐵心燒損。在振動(dòng)因素的影響下，還存在短路點(diǎn)形成火花放電，造成齒部燒熘?jǐn)帻X。同時(shí)使相鄰槽內(nèi)的線棒絕緣遭到破壞。摩擦還能產(chǎn)生黑色粉末或氧化紅色粉末，若機(jī)內(nèi)有漏油現(xiàn)象會(huì)有黑泥產(chǎn)生，機(jī)內(nèi)漏油會(huì)加速鐵心片間絕緣和粘接膠的老化，同時(shí)提供片間的潤(rùn)滑劑，加速其振動(dòng)。斷齒進(jìn)入氣隙內(nèi)造成轉(zhuǎn)子表面及鐵心表面的損傷。

2.2鐵心壓緊次數(shù)未達(dá)到規(guī)定次數(shù)；定子鐵心疊片過(guò)程需要每疊一定長(zhǎng)度的鐵心就要用油壓機(jī)壓緊一次，之后再繼續(xù)疊片，工藝文件規(guī)定600MW發(fā)電機(jī)定子鐵心疊片過(guò)程中共壓緊9次，壓緊位置在第L11，L22，L33，L45，L57，L69，L81，L91，L96段。每次壓緊都需裝配、拆除油缸活塞柱一次，平均耗時(shí)4h至5h，每臺(tái)定子鐵心重復(fù)9次，并在定子機(jī)座立著的工位操作，操作在機(jī)座膛內(nèi)，外部不可見(jiàn)。操作者為在最短的時(shí)間內(nèi)完成裝壓任務(wù)，減少了油壓機(jī)壓緊次數(shù)，致使鐵心壓緊不足，片間壓力未達(dá)到規(guī)定壓力值。在機(jī)組運(yùn)行時(shí)在振動(dòng)、溫升和電磁力的作用下，沖片間壓力重新分布，在壓力不足的狀態(tài)下，有效鐵心局部或整圈松弛而產(chǎn)生沖片振動(dòng)、磨損、疲勞斷齒，直至磨損線棒主絕緣，造成定子繞組接地事故。

2.3由于鐵心裝壓是從勵(lì)端開(kāi)始，汽端結(jié)束；勵(lì)端在下，汽端在上，勵(lì)端鐵心端部被壓次數(shù)最多，汽端鐵心端部被壓次數(shù)僅有一次，并其下部支撐是非緊固的鐵心，而勵(lì)端除多次被油壓機(jī)壓緊外同時(shí)還有鐵心自重的作用。汽端端部鐵心在放置水平位置時(shí)還要進(jìn)行加熱后拉伸器壓緊，由工期壓力，在拉緊時(shí)未冷卻到室溫，熱膨脹量尚未恢復(fù)，汽端沒(méi)有有效壓緊，這是汽端端部鐵心發(fā)生故障概率大的原因。

2.4另外一因素也直接影響鐵心齒部的緊度，就是齒部的補(bǔ)償墊片加墊的準(zhǔn)確性。由于沖片同板差和絕緣漆膜的均勻度偏差的客觀存在，鐵心齒部必須進(jìn)行厚度補(bǔ)償；最初的補(bǔ)償?shù)囊罁?jù)是根據(jù)沖片人工測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算統(tǒng)計(jì)固定補(bǔ)償值，當(dāng)沖片同板差和漆膜均勻度偏離統(tǒng)計(jì)值時(shí)，配墊的補(bǔ)償將不準(zhǔn)確。若補(bǔ)償不足，將導(dǎo)致鐵心齒頭松弛。據(jù)調(diào)研，該生產(chǎn)廠家2010年將該工藝變更為壓鉛絲適配。

3.處理過(guò)程

3.1針對(duì)鐵芯燒蝕，采用假齒修復(fù)燒蝕鐵芯，并更換5號(hào)槽上層線棒。

3.2針對(duì)直流電阻不平衡缺陷。將該處連接銅條重新焊接并進(jìn)行超聲波檢查，并進(jìn)行直流電阻測(cè)試合格。

3.3 對(duì)鐵芯92處短路情況，采用插云母片進(jìn)行絕緣處理，對(duì)處理后的鐵芯松動(dòng)情況采用緊量刀插入檢查。

3.4 對(duì)發(fā)電機(jī)端部鐵芯穿心螺桿及定位螺栓全部進(jìn)行緊固，并對(duì)螺母鎖片及防脫滌玻繩進(jìn)行重新鎖定。

3.5更換4號(hào)發(fā)電機(jī)全部槽楔。

3.6對(duì)斷裂的通風(fēng)槽鋼采用打入環(huán)氧玻璃布板緊固處理。

3.7對(duì)鐵芯穿心螺桿及槽楔緊度處理按照哈電公司方案，鐵芯穿心螺桿及定位筋螺桿螺母采用哈電專用拉伸器拔緊，合格標(biāo)準(zhǔn)為冷態(tài)時(shí)，鐵芯穿心螺桿壓力2.36×105N，定位筋螺桿壓力為1.57× N，螺栓拔緊且不松動(dòng)；用硬度儀檢查槽楔緊度，單個(gè)槽楔硬度不低于700HL，相鄰兩槽楔不得同時(shí)低于650HL。

3.8若在檢查時(shí)，確定端部鐵心端部松弛嚴(yán)重，（1）片間絕緣大面積磨損嚴(yán)重，且深度大于50mm；（2）齒頭損壞、斷齒、通風(fēng)槽鋼移位嚴(yán)重。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)局部修理無(wú)法滿足機(jī)組安全可靠運(yùn)行，將啟動(dòng)端部鐵心段重疊的方案。按照《660MW汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心汽端邊段鐵芯拆除修復(fù)工藝》執(zhí)行，目前生產(chǎn)廠家正在設(shè)計(jì)制造適合現(xiàn)場(chǎng)條件的專用工具。

3.9增加沖片原材料的進(jìn)廠檢驗(yàn)，尤其是同板差；在大型火電機(jī)組中必須應(yīng)用水溶性無(wú)機(jī)圖層，適當(dāng)降低漆膜厚度，減少收縮量；

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本次發(fā)電機(jī)燒毀事故處理和原因剖析，得出大型發(fā)電機(jī)運(yùn)行及檢修改進(jìn)措施建議：

4.1要嚴(yán)格發(fā)電機(jī)檢修管理，對(duì)存在鐵芯松動(dòng)、端部松動(dòng)等重大隱患和缺陷的，必須組織專家認(rèn)真分析原因、論證方案，嚴(yán)禁簡(jiǎn)單盲目修復(fù)。對(duì)于同一臺(tái)發(fā)電機(jī)歷次檢修、事故發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題要串起來(lái)進(jìn)行綜合分析。對(duì)于發(fā)電機(jī)修復(fù)工藝和修復(fù)過(guò)程的質(zhì)量控制，發(fā)電企業(yè)要落實(shí)責(zé)任，嚴(yán)禁以包代管。認(rèn)真做好發(fā)電機(jī)穿轉(zhuǎn)子后，發(fā)電機(jī)本體作業(yè)過(guò)程中工具管理，防止異物留在發(fā)電機(jī)內(nèi)。發(fā)生返修時(shí)，要嚴(yán)格履行審批和監(jiān)督手續(xù)，嚴(yán)禁隨意返修。

4.2對(duì)發(fā)電機(jī)要進(jìn)行常規(guī)方法的鐵芯溫升試驗(yàn)，用紅外熱像儀全面檢查鐵芯溫升情況。另外，今后所有300MW及以上的汽輪發(fā)電機(jī)大修（抽轉(zhuǎn)子），都要對(duì)鐵芯進(jìn)行定量的緊力檢查，進(jìn)行常規(guī)鐵芯溫升試驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)鐵芯薄弱環(huán)節(jié)。

4.3認(rèn)真做好發(fā)電機(jī)相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果的分析工作。對(duì)歷次發(fā)電機(jī)端部振動(dòng)模態(tài)固有頻率進(jìn)行比對(duì)，如出現(xiàn)固有頻率明顯下降或振型發(fā)生明顯變化時(shí)，要引起重視，認(rèn)真檢查端部緊固情況；除了關(guān)注端部整體振動(dòng)固有頻率外，也要分析每一個(gè)線棒的固有頻率，處于倍頻區(qū)域的要進(jìn)行處理。對(duì)于發(fā)電機(jī)端部在線振動(dòng)數(shù)據(jù)，除了關(guān)注基頻和倍頻數(shù)據(jù)外，通頻數(shù)據(jù)也要認(rèn)真對(duì)待。無(wú)論哪個(gè)頻段的振動(dòng)幅值發(fā)生明顯變化時(shí)，都要分析原因。

4.4嚴(yán)格控制發(fā)電機(jī)內(nèi)進(jìn)油。回裝發(fā)電機(jī)端蓋時(shí)要防止墊片堵塞回油孔，保持回油暢通。各火力發(fā)電企業(yè)要建立發(fā)電機(jī)進(jìn)油考核機(jī)制，對(duì)于修后發(fā)電機(jī)進(jìn)油、運(yùn)行中進(jìn)油進(jìn)行考核。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳喬夫.電機(jī)學(xué)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2010.