论文部分内容阅读
[摘 要] 结合两例发电机线圈故障进行简要分析，指出了新机组投入运行后的维护要点和新设备的薄弱环节，提出对发电机振动模态试验的重要性，为防范发电机组端部线圈技术质量事故提供借鉴。
[关键词] 发电机 线圈 绝缘 振动 槽楔松动
“安全第一，预防为主”是电力系统安全生产的基本方针。大型发电机组在运行时，其绕组要承受100Hz(双倍工频)的交变电磁力，因此产生100Hz的绕组振动；交变的电磁力正比于电流的平方，故机组越大，其绕组承受的激振力就越大：而且，由于发电机定子端部线圈结构似悬臂梁，不易做到象定子槽中线棒那样牢固固定，所以，容易受到电磁力的破坏，频发的发电机端部线圈技术质量问题必须引起电力工作者的高度关注。近期某发电集团公司系统，连续发生了两起300MW机组主设备损坏的事件，一起是湖南某发电厂3号发电机定子绕组端部磨损事件，另一起是华银电力某发电公司3号汽轮机定子槽楔松动、汽封磨损、部件脱落事件。本文从这两起设备损坏事件进行浅析，谈谈如何防范发电机组端部线圈技术质量事故。
1 发电机端部线圈异常现象
1.1 发电机定子绕组端部磨损
某发电厂3号发电机系西南某电机厂生产的QF-SN-300-20-2B型汽轮发电机组。2002年出厂，2003年12月投入运行。该机组于2005年3月6日停机备用，发电厂考虑到3号发电机组是投产刚1年的新机组，决定打开发电机人孔，对发电机内部情况进行检查。在检查过程中发现3号发电机汽端端部线圈背部除1l点(时间坐标、下同)至1点钟范围外均有大量黄色粉末，抽出转子后检查发现，大部分直径5mm的小绑绳松动，个别小绑绳用手就能拨动，由于线棒之间的磨损情况无法确定，不得以决定拆除上层线棒全面检查。拆除上层线棒后检查，上层线棒有25根线棒磨损深度超过0.5mm，磨损最严重的达5.1mm，下层线棒有4根磨损深度超过0.5mm，磨损最严重的达2mm。
此台发电机在投产前由华中某电科院进行交接试验时，确定该发电机端部振动模态试验分析为不合格，当时发电机设备生产厂方认为没有问题。事件发生以后，经各方人员共同分析认为，造成绝缘损坏的原因是制造厂在生产过程中没有严格执行工艺规程，致使绑绳紧力不够。
1.2 汽轮发电机组定子槽楔松动、汽封脱落
华银电力某发电公司2台3IOMW机组系东北某汽轮机厂生产的第3代300MW机组，出厂编号为73 B-3型。3号机组于2001年6月出厂，2003年8月投产。因兄弟厂同类型号机组发生设备事故，为了吸取教训，厂方组织有关单位的专业人员和机组生产厂技术人员进行会商后，对机组解体检查发现多处存在问题：检查发现发电机定子槽楔50％以上松动；喷嘴室各道阻汽片与叶顶围带及轴对应位置均有相磨痕迹，其中调节级叶顶围带有较深的磨痕；发电机侧上半压块及紧固螺钉均已脱落，弹性槽缺损，掉落的压块有两块留在高压内下缸：发电机端叶顶汽封，电侧上半中分面顺转向起；弹性槽脱落，弧长约250mm，对应位置汽封块挂耳也脱落，该位置汽封块已向调节级叶顶突出；电侧弧段与中间弧段相接位置弹性槽道脱落长度约110mm，汽封块凹进；高压1级至12级隔板固定齿轴封底部弧度磨损严重，齿磨平等。据有关信息，该型机组国内投产约10台。其中有4台机组均先后发生了调节级叶顶弹性汽封脱落事故，其中尤以鲤鱼江电厂的两台机组更为严重：由于调节级弹性汽封脱落，造成调节级动叶片严重磨损，高中压转子不得不返厂检修。此外，为提高高压缸效率，在该厂生产的073型机组中，渭河电厂(1台)、石门电厂(2台)、双辽电厂(2台)以及西柏坡电厂(至少l台)均按73B-3型结构对调节级汽封进行了改造，结果渭河电厂和石门电厂共三台机组均发生了同样事件，其中石门电厂的#2机组也因调节级动叶片磨损严重，高中压转子不得不返厂检修。东北某汽轮机厂代表承认该型机组调节级汽封在结构上存在缺陷。该厂在随后生产的73B型机E已将弹性汽封改为了固定汽封。经过讨论确定结合检修进行改造。
这2台机组均为2003年投产的新机组，所幸检查和分析及时，否则将在运行中造成重大灾难性的设备损坏事故。
2 缺陷处理和防范措施
(1)结合机组检修，在发电机端部线圈鼻端采用组合楔块加切向支撑板和绝缘支架间增设切向横梁与帮扎的加固措施，定子端部绝缘更换为性能良好、检验合格的环氧玻璃丝布层压板或其它新型绝缘材料，做到不撕裂、不变形。
(2)对于引线过长、支撑点较少的固定结构，制造厂在设计施工或机组大修时必须在引线上增设支撑梁的固定措施：发电机端部过度引线轴向、横向加固较薄弱的机组应采取有效的紧固措施。
(3)发电机“弓”形连接线应采用绝缘夹板的同定方式和其它可靠的措施进行加固：发电机定子线圈槽口垫块与线圈接触面间，必须垫以涤纶毡并要求用涤玻绳帮紧，没有此项措施的要尽快利用大修机会予以完善，以防垫块磨损发电机绝缘造成事故。
(4)手包的引线绝缘与模压绝缘处，施工时应严格按照工艺规定施工，剧院搭接良好，模压绝缘要做成有一定尺寸的锥体外型，手包绝缘必须逐层刷胶包扎层数增加：引出险接头间距离设计时应规定适当尺寸，保证施工后不出现接头间距离过小的问题。将松动的槽楔或夹板拆开清理后。检查线棒受伤情况，在绝缘央板与引线之间垫绝缘涤纶适形毡，并用φ5涤玻绳绑扎加同，刷环氧树脂胶固化处理。
(5)发电机端部引线必须躲开(94-115Hz)固有频率，电机厂应将振动模态试验测量数据提供给发电厂，以便监测核对：改型后的发电机组要对发电机端部引线等关键部位进行不同运行方式下的振幅和频率测量，测量结果也必须在规定的范围内：现场实践表明，发电机出厂时结构模态试验频率测试合格，但机组投入运行一段时间后，端部线圈因振动可能逐渐发生线圈松动现象，发电机端部线圈的固有频率和模态也随之发生改变，极有可能落人双倍频(94～115Hz)的范围，进而发生端部线圈共振现象，加重了振动和磨损的程度，故定期检查端部结构和进行模态试验是十分必要的。对端部线圈存在先天性缺陷的机组，可安装定子绕组端部振动在线监测装置，国内已经有成功的范例。
(6)改进引线手包绝缘的包扎和热同化成型工艺，提高手包绝缘段的整体性和实密性，加强机组监造质量，对关键工艺或工序必须严格执行操作工考核上岗制度，对操作和施工监督、检查人员的工作质量记录建档，增强责任心，明确责任制和事件追究制。
3 结论
对于2002年及以后投产还未进行过大修的机组，首先要密切监视机组的运行状态，结合机组运行状态和国内同型机组情况，利用停机检修机会，创造条件尽可能对机组进行全面检查，以及相应的振动特性试验工作，仔细检查发电机端部线圈的紧固情况，以及查找有无绝缘磨损痕迹，发现有环氧泥和黄色粉末时，应借助内窥镜等工具进行查看，发现线圈松动，及时进行重新紧固，然后进行振动模态试验，确认避开固有频率(94-115Hz)，以验证检修效果。其次，新投产机组在第一次检修时(通常是小修)，应对汽轮机高压缸进行揭缸检查，如没有问题，不作任何间隙调整，转子联轴器不解开。应对发电机进行抽转子检查，重点检查静子槽楔和端部线圈绑扎情况。还有，在建项目，要加强设备监造，加强安装后的验收试验分析，对于不合格产品应要求制造厂进行改造，对于改造确有困难的，要制定方案，加强监测，认真分析运行状况，及早发现事故苗头，避免事故的发生。
[关键词] 发电机 线圈 绝缘 振动 槽楔松动
“安全第一，预防为主”是电力系统安全生产的基本方针。大型发电机组在运行时，其绕组要承受100Hz(双倍工频)的交变电磁力，因此产生100Hz的绕组振动；交变的电磁力正比于电流的平方，故机组越大，其绕组承受的激振力就越大：而且，由于发电机定子端部线圈结构似悬臂梁，不易做到象定子槽中线棒那样牢固固定，所以，容易受到电磁力的破坏，频发的发电机端部线圈技术质量问题必须引起电力工作者的高度关注。近期某发电集团公司系统，连续发生了两起300MW机组主设备损坏的事件，一起是湖南某发电厂3号发电机定子绕组端部磨损事件，另一起是华银电力某发电公司3号汽轮机定子槽楔松动、汽封磨损、部件脱落事件。本文从这两起设备损坏事件进行浅析，谈谈如何防范发电机组端部线圈技术质量事故。
1 发电机端部线圈异常现象
1.1 发电机定子绕组端部磨损
某发电厂3号发电机系西南某电机厂生产的QF-SN-300-20-2B型汽轮发电机组。2002年出厂，2003年12月投入运行。该机组于2005年3月6日停机备用，发电厂考虑到3号发电机组是投产刚1年的新机组，决定打开发电机人孔，对发电机内部情况进行检查。在检查过程中发现3号发电机汽端端部线圈背部除1l点(时间坐标、下同)至1点钟范围外均有大量黄色粉末，抽出转子后检查发现，大部分直径5mm的小绑绳松动，个别小绑绳用手就能拨动，由于线棒之间的磨损情况无法确定，不得以决定拆除上层线棒全面检查。拆除上层线棒后检查，上层线棒有25根线棒磨损深度超过0.5mm，磨损最严重的达5.1mm，下层线棒有4根磨损深度超过0.5mm，磨损最严重的达2mm。
此台发电机在投产前由华中某电科院进行交接试验时，确定该发电机端部振动模态试验分析为不合格，当时发电机设备生产厂方认为没有问题。事件发生以后，经各方人员共同分析认为，造成绝缘损坏的原因是制造厂在生产过程中没有严格执行工艺规程，致使绑绳紧力不够。
1.2 汽轮发电机组定子槽楔松动、汽封脱落
华银电力某发电公司2台3IOMW机组系东北某汽轮机厂生产的第3代300MW机组，出厂编号为73 B-3型。3号机组于2001年6月出厂，2003年8月投产。因兄弟厂同类型号机组发生设备事故，为了吸取教训，厂方组织有关单位的专业人员和机组生产厂技术人员进行会商后，对机组解体检查发现多处存在问题：检查发现发电机定子槽楔50％以上松动；喷嘴室各道阻汽片与叶顶围带及轴对应位置均有相磨痕迹，其中调节级叶顶围带有较深的磨痕；发电机侧上半压块及紧固螺钉均已脱落，弹性槽缺损，掉落的压块有两块留在高压内下缸：发电机端叶顶汽封，电侧上半中分面顺转向起；弹性槽脱落，弧长约250mm，对应位置汽封块挂耳也脱落，该位置汽封块已向调节级叶顶突出；电侧弧段与中间弧段相接位置弹性槽道脱落长度约110mm，汽封块凹进；高压1级至12级隔板固定齿轴封底部弧度磨损严重，齿磨平等。据有关信息，该型机组国内投产约10台。其中有4台机组均先后发生了调节级叶顶弹性汽封脱落事故，其中尤以鲤鱼江电厂的两台机组更为严重：由于调节级弹性汽封脱落，造成调节级动叶片严重磨损，高中压转子不得不返厂检修。此外，为提高高压缸效率，在该厂生产的073型机组中，渭河电厂(1台)、石门电厂(2台)、双辽电厂(2台)以及西柏坡电厂(至少l台)均按73B-3型结构对调节级汽封进行了改造，结果渭河电厂和石门电厂共三台机组均发生了同样事件，其中石门电厂的#2机组也因调节级动叶片磨损严重，高中压转子不得不返厂检修。东北某汽轮机厂代表承认该型机组调节级汽封在结构上存在缺陷。该厂在随后生产的73B型机E已将弹性汽封改为了固定汽封。经过讨论确定结合检修进行改造。
这2台机组均为2003年投产的新机组，所幸检查和分析及时，否则将在运行中造成重大灾难性的设备损坏事故。
2 缺陷处理和防范措施
(1)结合机组检修，在发电机端部线圈鼻端采用组合楔块加切向支撑板和绝缘支架间增设切向横梁与帮扎的加固措施，定子端部绝缘更换为性能良好、检验合格的环氧玻璃丝布层压板或其它新型绝缘材料，做到不撕裂、不变形。
(2)对于引线过长、支撑点较少的固定结构，制造厂在设计施工或机组大修时必须在引线上增设支撑梁的固定措施：发电机端部过度引线轴向、横向加固较薄弱的机组应采取有效的紧固措施。
(3)发电机“弓”形连接线应采用绝缘夹板的同定方式和其它可靠的措施进行加固：发电机定子线圈槽口垫块与线圈接触面间，必须垫以涤纶毡并要求用涤玻绳帮紧，没有此项措施的要尽快利用大修机会予以完善，以防垫块磨损发电机绝缘造成事故。
(4)手包的引线绝缘与模压绝缘处，施工时应严格按照工艺规定施工，剧院搭接良好，模压绝缘要做成有一定尺寸的锥体外型，手包绝缘必须逐层刷胶包扎层数增加：引出险接头间距离设计时应规定适当尺寸，保证施工后不出现接头间距离过小的问题。将松动的槽楔或夹板拆开清理后。检查线棒受伤情况，在绝缘央板与引线之间垫绝缘涤纶适形毡，并用φ5涤玻绳绑扎加同，刷环氧树脂胶固化处理。
(5)发电机端部引线必须躲开(94-115Hz)固有频率，电机厂应将振动模态试验测量数据提供给发电厂，以便监测核对：改型后的发电机组要对发电机端部引线等关键部位进行不同运行方式下的振幅和频率测量，测量结果也必须在规定的范围内：现场实践表明，发电机出厂时结构模态试验频率测试合格，但机组投入运行一段时间后，端部线圈因振动可能逐渐发生线圈松动现象，发电机端部线圈的固有频率和模态也随之发生改变，极有可能落人双倍频(94～115Hz)的范围，进而发生端部线圈共振现象，加重了振动和磨损的程度，故定期检查端部结构和进行模态试验是十分必要的。对端部线圈存在先天性缺陷的机组，可安装定子绕组端部振动在线监测装置，国内已经有成功的范例。
(6)改进引线手包绝缘的包扎和热同化成型工艺，提高手包绝缘段的整体性和实密性，加强机组监造质量，对关键工艺或工序必须严格执行操作工考核上岗制度，对操作和施工监督、检查人员的工作质量记录建档，增强责任心，明确责任制和事件追究制。
3 结论
对于2002年及以后投产还未进行过大修的机组，首先要密切监视机组的运行状态，结合机组运行状态和国内同型机组情况，利用停机检修机会，创造条件尽可能对机组进行全面检查，以及相应的振动特性试验工作，仔细检查发电机端部线圈的紧固情况，以及查找有无绝缘磨损痕迹，发现有环氧泥和黄色粉末时，应借助内窥镜等工具进行查看，发现线圈松动，及时进行重新紧固，然后进行振动模态试验，确认避开固有频率(94-115Hz)，以验证检修效果。其次，新投产机组在第一次检修时(通常是小修)，应对汽轮机高压缸进行揭缸检查，如没有问题，不作任何间隙调整，转子联轴器不解开。应对发电机进行抽转子检查，重点检查静子槽楔和端部线圈绑扎情况。还有，在建项目，要加强设备监造，加强安装后的验收试验分析，对于不合格产品应要求制造厂进行改造，对于改造确有困难的，要制定方案，加强监测，认真分析运行状况，及早发现事故苗头，避免事故的发生。