層間脹管注膠不足對發電機危害性淺析

陳歷凱

大唐華銀金竹山火力發電分公司 湖南 冷水江 417500

引言

發電機是火電廠的主設備,它的任何缺陷都可能造成主設備損壞事故,嚴重影響電網系統的穩定性,造成重大經濟損失。因此,及時發現重要缺陷并正確處理消除設備安全隱患,對保證電廠主設備的安全可靠性具有重要的意義。

一、事件經過

某火電廠＃2發電機于2014年2月12日14：12：56,發“定子接地保護”和“外部聯跳保護”,跳開了發變組高、低壓側開關與系統解列,造成非停事故。

故障波形顯示發電機A相機端電壓降低,B、C相電壓及三相電流對稱無突變等異常變化。

調＃2發變組A1柜P343裝置故障波形,其發電機機端電壓、中性點電壓、發電機電流波形變化與發變組故障錄波裝置波形一致。

二、檢查情況

(一)跳機前各運行參數檢查情況：1、＃2發電機跳機前定子線棒溫度、進出水溫度、內冷水出水溫度及壓力、機內氫壓等運行參數正常,漏氫監測裝置無報警,從各運行參數分析無明顯的發展過程；

2、從跳機前的端部振動在線監測裝置上監測到的振動數據分析,勵端測點的倍頻幅值除在跳機前＃27槽處達到了130μm外,其他時間均在110μm之下,且變化趨勢平緩；工頻幅值除在跳機當天上午＃27槽曾瞬間達到過240μm外,其余時間均遠低于240μm的一級報警值,但波動較倍頻值為大,在跳機前一小時內達到了400μm以上；而測得的通頻振動幅值在2月11日18：00之后達到400μm以上且波動較大(圖1),通過軟件自帶的頻譜分析,存在較大的低頻分量,其它13個測點的振動幅值跳機前均未發生較大變化。

圖1 ＃＃27槽工頻、倍頻、通頻變化趨勢圖

(二)＃2發電機定子保護接地跳機后檢查情況：現場對＃2發變組進行外觀檢查無明顯異常,檢查內冷水箱排汽口有大量氣體,判定已從發電機內漏氫至內冷水中。搖測發電機側絕緣為30MΩ,且2500V的搖表電壓只能搖到500V,解開發電機出線和中性點軟連接,離相封母側絕緣為590 MΩ,將發電機排空水后測量A相絕緣1600MΩ,B相720 MΩ,C相1070 MΩ,三相直阻偏差94.3%,B相直阻與上一次比較變大102%,A、C相無異常,初步判斷發電機主絕緣未受損,故障點在B相定子線棒水電接頭。

檢查發電機內部,發現發電機定子繞組勵端＃27槽上層與＃11槽下層的水電盒手包絕緣燒損,水盒蓋已經燒穿,在勵端的8點鐘方向可調綁環拉緊螺釘拉楔松動。打開手包絕緣后發現＃27槽上層線棒的水盒蓋燒損,上下層線棒間連接股線靠＃27槽上層線棒側燒損；相鄰線棒的手包絕緣被熏黑。拆除對應的絕緣引水管后發現匯水管側不銹鋼水嘴已被部分燒損,有放電痕跡。

勵端第一道綁環11、1、2、4、5、6點鐘方向,第二道綁環除6點方向外的多數,汽端第二道綁環10、11、12、1點鐘方向的拉緊螺釘的碟形絕緣墊圈松動。

對發電機定子內冷水流量和端部模態進行試驗,流量總體比1月份數據偏小,其中1、15、22、34、40槽的上層線棒等5根流量超標。模態試驗汽端共振頻率103HZ,勵端有69和122Hz兩個點,波形均非橢圓形波形。

對故障相帶全部線棒及其它節距部分線棒進行單根線棒振動頻率測量,均為50Hz。

單根線棒固有振動頻率在拆除手包絕緣后重新測試均在44.5Hz左右。

大電流試驗檢查水盒蓋及并聯股線焊接質量未發現異常。

拆除上層線棒后檢查發現,勵端五道及汽端第一道層間脹管均存在頂部注膠未滿空心的現象。勵端下層線棒漸開線間的墊塊大部分松動,與層間脹管壓接處油泥(黃粉)較多。

圖2 層間脹管內應注膠部位頂部空心

三、原因分析

1、此發電機2005年出廠,當時正處于火電機組建設高峰階段,制造廠忙于搶工期,放松了制造過程的工藝質量管控。此次發現的層間脹管注膠不足,運行中振動磨損,使勵端端部繞組機械整體性破壞,結構松動引起運行過程中端部局部振動過大,是發生此次事故的主要原因。

層間脹管注膠不足是由于在制造時沒有按工藝規程的規定,在規定注膠壓力條件下保持足夠的時間,使膠在管內充分固化定型。而是注膠量不足以及過早泄壓造成質量缺陷。

2、結合近三年檢查情況分析,此發電機端部緊固結構松動趨勢明顯,雖在歷次發現磨損松動后進行了局部處理,但未能從根本上解決。在跳機前勵端突然出現較大的振動,事故前一小時內工頻振動幅值從100微米左右快速上升至500微米,振動的突然增大是造成水電接頭斷裂燒損的直接原因。

而振動增大是由于磨損造成的惡性循環,這類磨損缺陷只進行局部綁扎或注膠處理不能解決根本問題。

3、此發電機＃27槽上層線棒勵端水盒蓋在2012年3月更換過,當時是采用火焊進行焊接,2014年1月搶修過程中由于直阻超標發現此處股線焊縫開裂,再次重新焊接。兩次焊接加熱引起此處的金屬材質變化,致使強度不夠,在較大的振動作用下拉裂放弧,產生的熱量造成＃27槽上層線棒與11槽下層線棒間并聯股線燒熔,金屬顆粒進入內冷水系統,導致內冷水的電導率急劇升高,以及電弧產生的劇熱使內冷水產生汽化形成汽隙放電,使繞組導電部分與匯水管之間形成電的通道,造成非金屬性接地短路跳機是事故發生的間接原因。

4、事件發生后,組織哈爾濱大電機研究所、廣東電科院、華北電科院、湖南電科院、東方電機及哈爾濱電機等技術專家進行專題分析,與會專家經過現場實地查看,和充分研討分析,一致認為此發電機V1相帶范圍內發生三次線棒水電盒斷裂、燒毀的主要原因是由于制造質量的分散性造成端部松動嚴重,整體性變差,導致端部振動過大,引起線棒鼻端金屬疲勞所致。

四、處理方案和防范措施

1、拆出全部線棒重繞(線棒重新安裝),清理錐環表面,更換適形材料,更換層間適形脹管,重新進行端部線圈壓型。

2、所有線棒在拆出前進行大電流紅外成像檢測試驗,拆出后全部進行單根線棒試驗(含著色探傷、相控陣探傷、水壓、氣流量、電氣耐壓),更換試驗不合格的線棒。全部線圈按照制造廠工藝標準進行重新裝配、綁扎和加固。裝配完成后進行模態、測頻、表面電位、流量、交直流耐壓、直阻等試驗,并根據DL/T－735－2000《大型汽輪發電機定子繞組端部動態特性的測量及評價》按新機標準對端部緊固情況進行考核。

3、執行防止發電機損壞事故措施等相關反措規定,積極開展發電機端部松動檢查工作,采取加裝端部振動在線監測裝置跟蹤端部振動情況；按要求開展發電機端部模態、表面電位、流量等試驗。

4、加強發電機端部振動在線監測系統運行數據監測,對發電機端部振動通頻、工頻與倍頻均加以關注,找尋其與振動幅值間的關系,加強振動數據的定期分析,以便振動異常時采取相應措施。

五、修復后的效果

發電機按制造廠的工藝標準進行線圈重繞,嚴格控制層間脹管注膠質量和綁扎牢固后投入運行。五年來,發電機的各項運行參數沒有出現異常,端部振動在線監測數據也未出現異常。

后續檢查,端部沒有出現松動、黃粉、油泥現象,此發電機已從根本上消除了定子繞組端部制造質量分散性的缺陷。

六、層間脹管注膠質量的危害探討

1、層間脹管注膠是為了保證線棒安裝完成后,在上、下層線棒間成形幾道整體填充壓實成型的擠壓環,與各綁環、綁帶一起將多個線棒綁形一個整體,控制線圈的振動,線棒與線棒之間、線圈端部各部件之間不會產生位移磨損。如果注膠質量達不到要求,甚至空心就不能使線圈形成一個整體,部件之間就會由于振動產生位移磨損,磨損松動后又會加劇振動,造成惡性循環,最終導致事故發生。所以層間脹管注膠的質量是發電機線圈端部不松動的重要保證,而注膠壓力和保持時間是關健。

2、檢查發現有黃粉或油泥時,應重點查出磨損點,弄清松動的原因。如果多次發現有同樣的松動,就要重點考慮難以檢查到的部位(如層間)磨損的可能性,一旦確定是層間磨損松動,則應重點考慮層間脹管或綁扎的質量問題,抬線棒處理是最能徹底解決問題的方案。

七、結束語

汽輪發電機是火力發電廠的主設備,它的可靠性不但關系著發電廠的經濟效益,也是電網安全的基礎,而發電機結構復雜,理論深奧,電廠技術人員又難有機會全面熟悉發電機的結構,對缺陷或故障判斷和處理,特別是對層間脹管質量問題這類嚴重缺陷處理更是比較困難,現以這篇文章與大家共享。