660 MW汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯灼燒問題分析及處理

胡 洲，朱朝陽，丁陽俊

（1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；2.淮浙煤電鳳臺(tái)發(fā)電分公司，安徽 淮南 232131）

發(fā)電技術(shù)

660 MW汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯灼燒問題分析及處理

胡 洲1，朱朝陽2，丁陽俊1

（1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；2.淮浙煤電鳳臺(tái)發(fā)電分公司，安徽 淮南 232131）

在對(duì)某發(fā)電廠660 MW汽輪發(fā)電機(jī)的檢查中發(fā)現(xiàn)定子鐵芯背部有多處灼傷，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)鐵芯背部存留毛刺，由于毛刺的存在，在運(yùn)行中會(huì)使邊段硅鋼片間產(chǎn)生微小電壓而發(fā)生跳火，進(jìn)而導(dǎo)致局部過熱灼傷。經(jīng)模擬論證及現(xiàn)場(chǎng)處理后消除了缺陷，為后續(xù)發(fā)電機(jī)檢修以及發(fā)電機(jī)定子灼傷問題的處理提供了參考。

汽輪發(fā)電機(jī)；定子鐵芯；灼燒

Key wrods：steam turbine generator；stator core；burn

0 引言

某發(fā)電廠3號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)為隱極式、二極、三相同步汽輪發(fā)電機(jī)，型號(hào)為QFSN-660-2，額定功率660 MW，額定電壓20kV，額定電流21169 A。設(shè)備于2013年12月投產(chǎn)使用，運(yùn)行穩(wěn)定，于2015年3月停機(jī)進(jìn)行首次檢查性A修。檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)定子鐵芯背部有多處灼傷，不同灼傷點(diǎn)呈現(xiàn)黑色痕跡、齒壓板鐵板翹曲、電弧凸瘤等現(xiàn)象，部分灼傷點(diǎn)如圖1所示。發(fā)電機(jī)定子鐵芯出現(xiàn)灼傷后如果未及時(shí)處理，在機(jī)組運(yùn)行中，灼傷部位容易發(fā)生短路，甚至可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)定子線棒擊穿，造成設(shè)備嚴(yán)重?fù)p傷。

圖1 電弧灼傷點(diǎn)

1 原因分析

發(fā)電機(jī)邊段鐵芯發(fā)生故障的原因是多方面的，主要包括以下幾點(diǎn)：

（1）大型發(fā)電機(jī)通常采用氣隙取氣式通風(fēng)結(jié)構(gòu)，邊段結(jié)構(gòu)處于出風(fēng)區(qū)，溫度相對(duì)較高。

（2）發(fā)電機(jī)端部磁場(chǎng)比較特殊，尤其在由滯相運(yùn)行轉(zhuǎn)換為進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)由去磁作用變?yōu)橹抛饔茫瑢?dǎo)致端部漏磁通急劇增大[1]。

（3）硅鋼片在成型過程中由于工藝原因，使其邊緣存在毛刺，毛刺在發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中，會(huì)刺傷片間絕緣，引起硅鋼片片間短路等[2]。

（4）端部屬于整個(gè)鐵芯的末端，不像中部那樣相互擠緊，容易出現(xiàn)松動(dòng)。

結(jié)合該汽輪發(fā)電機(jī)廠設(shè)備結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場(chǎng)檢查情況，對(duì)此次故障原因分析如下。

1.1 毛刺的存留

發(fā)電機(jī)定子的邊段鐵芯為Donuts結(jié)構(gòu)，該段鐵芯在發(fā)電機(jī)廠內(nèi)的鐵耗試驗(yàn)是單獨(dú)進(jìn)行的。在鐵耗試驗(yàn)中，為了準(zhǔn)確找出熱點(diǎn)，對(duì)該段鐵芯的外圓進(jìn)行了打磨，共均勻分布21處打磨點(diǎn)，用以模擬實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)電機(jī)支撐筋在鐵芯背部短接的情況。雖然在工藝上最后會(huì)對(duì)打磨處進(jìn)行處理，但仍可能存留少量毛刺，從現(xiàn)場(chǎng)檢查情況來看也確實(shí)如此。

1.2 鐵芯硅鋼片間存在微小電壓差

發(fā)電機(jī)廠經(jīng)過專題研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，定子鐵芯硅鋼片間存在微小電壓差，普通硅鋼片片間電壓約為0.1 V，端部硅鋼片受端部漏磁的影響，片間電壓略高，尤其在進(jìn)相運(yùn)行工況下，電壓更高。

1.3 電灼傷熔點(diǎn)的產(chǎn)生

發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中存在振動(dòng)，這將會(huì)導(dǎo)致片間存留的毛刺出現(xiàn)似接觸非接觸的狀態(tài)，即使片間存在微小的電壓，也可能產(chǎn)生跳火，從而導(dǎo)致局部過熱，最終形成熔點(diǎn)。

2 模擬處理及驗(yàn)證

2.1 檢查確定故障類型

為進(jìn)一步確認(rèn)故障原因，從汽勵(lì)端冷卻器位置進(jìn)入機(jī)座內(nèi)部與鐵芯背部位置，檢查發(fā)現(xiàn)汽端在目測(cè)可及區(qū)域無明顯缺陷，勵(lì)端在目測(cè)可及區(qū)域共5個(gè)位置有缺陷，具體分布情況如表1所示，發(fā)電機(jī)支撐筋編號(hào)如圖2所示。

2.2 模擬故障類型

為了查明發(fā)生熔點(diǎn)的原因并驗(yàn)證后續(xù)處理方案，在發(fā)電機(jī)廠內(nèi)重新疊裝與故障發(fā)電機(jī)同型號(hào)的邊段鐵芯，模擬現(xiàn)場(chǎng)各種缺陷類型，并依據(jù)處理方案對(duì)同類型缺陷進(jìn)行處理，然后進(jìn)行鐵耗試驗(yàn)，觀察故障模擬的處理結(jié)果。模擬情況如下：

（1）模擬故障A情況：黑色磨擦痕跡。在鐵芯環(huán)外圓21等分中的其余20處高度方向上，打磨掉表面絕緣漆，寬度約為5mm。

表1 故障位置

圖2 發(fā)電機(jī)支持筋編號(hào)示意

（2）模擬故障B情況：齒壓板翹曲。在試驗(yàn)發(fā)電機(jī)圓周選擇2處齒壓板拼接處，做模擬松動(dòng)處理，將齒壓板鐵板邊角上翻起約10mm。

（3）模擬故障C情況：電弧瘤。在打磨位置7等分處的第一檔上，點(diǎn)焊成瘤，形成短路點(diǎn)。

（4）模擬處理方案1：用百潔布對(duì)打磨位置清理，去除表面毛刺。

（5）模擬處理方案2：對(duì)電弧瘤位置打磨，去除焊點(diǎn)，采用磷酸電解，消除片間短路。

（6）模擬短路點(diǎn)，為下一步做鐵耗試驗(yàn)做好準(zhǔn)備。將厚度0.02～0.04mm的鋁箔紙剪成長(zhǎng)130mm、寬50mm的條狀，再折成圓形，用膠帶粘在7等分打磨處，確保鐵芯背部短路。

2.3 進(jìn)行鐵耗試驗(yàn)

在完成上述現(xiàn)場(chǎng)故障模擬及相應(yīng)處理后，進(jìn)行鐵耗試驗(yàn)。試驗(yàn)確定的磁通密度為1.45T（略大于運(yùn)行時(shí)定子鐵芯軛部磁通密度），鐵耗試驗(yàn)結(jié)果為：試驗(yàn)進(jìn)行60 min后，鐵芯環(huán)最高溫差4K，最高溫升21.6K；80 min后，鐵芯環(huán)最高溫差6K，最高溫升26.5K；用紫外成像儀檢查齒壓板翹曲部位無跳火現(xiàn)象，其余軛部也無跳火現(xiàn)象。

鐵耗試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，發(fā)電機(jī)鐵芯溫差及溫升均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求[3]。

3 現(xiàn)場(chǎng)處理

從發(fā)電機(jī)廠內(nèi)的模擬情況可知預(yù)定的處理方案可行，于是按此預(yù)定方案在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)發(fā)電機(jī)定子端部鐵芯進(jìn)行處理。

（1）對(duì)表面有黑色磨擦痕跡的地方，用百潔布打磨，表面涂刷絕緣漆。

（2）對(duì)有電弧瘤的地方，順著沖片的方向，打磨電弧凸瘤，并用百潔布去除表面毛刺，用磷酸電解消除片間短路，表面反復(fù)涂刷環(huán)氧漆。

（3）對(duì)齒壓板翹曲的地方，采用榔頭進(jìn)行初步整形，并用超薄液壓千斤頂以端部壓圈為靠山，進(jìn)一步整形，對(duì)不能完全復(fù)位的翹曲處反復(fù)涂刷環(huán)氧漆，直至不留間隙。

現(xiàn)場(chǎng)處理結(jié)束后，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行了鐵耗試驗(yàn)（磁通密度為1.25T、時(shí)間120 min），鐵芯內(nèi)圓無任何熱點(diǎn)。同時(shí)用熱像儀和紫外成像儀觀察勵(lì)端端部鐵芯外圓，無任何熱點(diǎn)和跳火現(xiàn)象。鐵芯最大溫升17.5K，最大溫差3.4K，均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

故障處理后，經(jīng)過一年多時(shí)間的運(yùn)行，未見處理后的灼傷點(diǎn)再有增加趨勢(shì)，發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)監(jiān)控參數(shù)正常。

4 結(jié)語

對(duì)該起發(fā)電機(jī)定子鐵芯灼傷故障的檢查、分析、處理及后續(xù)跟蹤檢查表明：發(fā)電機(jī)因鐵芯背部存留毛刺，在發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中，由于邊段硅鋼片間存在的微小電壓而引發(fā)跳火，導(dǎo)致局部過熱灼傷。經(jīng)過制造廠處理方案的模擬試驗(yàn)，在確證方案正確有效后，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理，有效消除了故障點(diǎn)，避免了故障擴(kuò)大而引發(fā)事故。同時(shí)，對(duì)檢修工作提出建議：現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電機(jī)鐵芯的檢查，一般情況下，都會(huì)將主要精力集中在定子膛內(nèi)和鐵芯的端部，定子背部的檢查往往容易被忽視，以后要加強(qiáng)對(duì)該部位的檢查，尤其是長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)行，并且進(jìn)相運(yùn)行機(jī)會(huì)較多的發(fā)電機(jī)，更應(yīng)重視對(duì)端部背部鐵芯的檢查。

[1]白亞民，李俊寶，張壽巖，等.汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯故障分析和處理實(shí)例[J].大電機(jī)技術(shù)，2004（Z1）:6-7.

[2]李偉清.汽輪發(fā)電機(jī)故障檢查分析及預(yù)防[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[3]國(guó)家能源局.防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求及編制釋義[M].北京：中國(guó)電力出版社，2014.

[4]鄢仁成，王洲.發(fā)電機(jī)定子線棒磨損現(xiàn)象分析及處理[J].浙江電力，2012，31（8）:42-45.

（本文編輯：張 彩）

Analysis and Treatment of Stator Core Burn of660 MW Steam Turbine Generator

HU Zhou1，ZHU Chaoyang2，DING Yangjun1
（1.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou310014，China；2.Huaizhe Coal&Power Fengtai Power Generation Co.，Ltd.，Huainan Anhui232131，China）

Several burns were detected on the back of stator core during660 MW steam turbine generator examination in a power plant.It is found that there are burrs on the back of stator core，due to which there comes small voltage between silicon steel sheet，and flashover thereby occurs and the stator core burn comes with partial overheat.Through simulation demonstration and field treatment，the defects are eliminated，which provides reference to generator maintenance and treatment on stator core burn of generator.

TM311

：B

：1007-1881（2016）09-0046-03

2016-07-06

胡 洲（1978），男，高級(jí)工程師，主要從事汽輪機(jī)組技術(shù)監(jiān)督工作。