雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)定子絕緣水管漏水分析與措施

李思國(guó)

(山西興能發(fā)電有限公司，山西 古交 030206)

山西興能發(fā)電有限責(zé)任公司一期工程2×300 MW機(jī)組中的發(fā)電機(jī)由上海電機(jī)廠生產(chǎn)，型號(hào)為QFSN2－300－2S，是山西電力史上300 MW及以上機(jī)組首家采用雙水內(nèi)冷冷卻方式技術(shù)的發(fā)電企業(yè)。雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)定子絕緣引水管作為發(fā)電機(jī)定子的重要部件，其嚴(yán)密性及完好性是保證發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期正常運(yùn)行的關(guān)鍵，一旦出現(xiàn)定子絕緣引水管漏水，輕則停機(jī)停爐，重則損壞主機(jī)、燒毀定子繞組或鐵芯、燒壞轉(zhuǎn)子繞組或大軸，給該公司帶來(lái)不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。下面筆者根據(jù)該公司2005年投產(chǎn)以來(lái)發(fā)生的案例進(jìn)行分析與探討。

1 發(fā)電機(jī)定子絕緣引水管的空間分布及結(jié)構(gòu)

1.1 114根絕緣引水管的空間分布

該公司300 MW雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)定子槽數(shù)為54槽，線圈節(jié)距為1～23，每槽分上下兩層線棒，除相線圈組(單一磁極下每極每相槽數(shù)的線圈連接在一起為相線圈組)的邊端線棒為單獨(dú)的水路外，其他槽內(nèi)的上下層線棒之間沒(méi)有直接電的聯(lián)系，而水路通過(guò)水電連接盒從槽內(nèi)上下層線棒的兩路匯集到絕緣引水管一路上來(lái)，因此，在發(fā)電機(jī)的汽端與勵(lì)端兩側(cè)的絕緣引水管布置不一樣，汽端為與槽數(shù)一致的54根絕緣引水管沿圓周方向均勻分布，與同樣沿匯水管圓周方向均勻分布的54個(gè)出水接頭對(duì)應(yīng)連接，而勵(lì)端則有60根引水管，其中，兩極三相6個(gè)相線圈組引線的12根都分布在勵(lì)端的下半側(cè)，與勵(lì)端匯水管對(duì)應(yīng)的進(jìn)水接頭相連，其余48根與汽端一樣沿圓周方向均勻分布，與同樣沿匯水管圓周方向均勻分布的進(jìn)水接頭對(duì)應(yīng)連接。由于60根水管中有12根引線絕緣水管的布置不完全對(duì)稱，導(dǎo)致勵(lì)端絕緣引水管有交叉現(xiàn)象。

1.2 絕緣引水管的結(jié)構(gòu)形式

雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)定子絕緣引水管通常采用的是聚四氟乙烯管，它是用聚四氟乙烯樹(shù)脂(PTEF)，通過(guò)機(jī)械式柱塞擠出成型工藝制成的高質(zhì)量的管子，在發(fā)電機(jī)中起電絕緣和水流通的作用。根據(jù)水路設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)水壓力一般在0.2～0.3 MPa或稍高，根據(jù)發(fā)電機(jī)端部不同部位采用特殊加工工藝，使鋼管和塑料管緊密結(jié)合，制成不同長(zhǎng)度的專用管子，能承愛(ài)正壓1.6 MPa以上，可在－60℃ ～+260℃內(nèi)正常使用，具有可靠?jī)?yōu)良的耐水壓、耐電壓、耐腐蝕、耐溫和耐老化性能。鋼管和塑料管緊密結(jié)合示意圖見(jiàn)圖1，圖2。

圖1 聚四氟乙烯管端頭結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 聚四氟乙烯管端頭剖面圖

2 因引水管漏水發(fā)生的發(fā)電機(jī)損壞事故

2.1 一號(hào)發(fā)電機(jī)因引水管漏水突然停機(jī)事故

2005年10月8日上午10:20左右，一號(hào)發(fā)電機(jī)停機(jī)消缺完畢，在發(fā)電機(jī)剛剛啟動(dòng)并網(wǎng)后大約0.5 h，突然發(fā)生發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，發(fā)變組出口斷路器跳閘，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)停機(jī)。電氣檢修人員在12.6 m平臺(tái)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)勵(lì)端的全部視窗玻璃(有機(jī)玻璃)及防爆膜嚴(yán)重?fù)p壞、爆裂，透過(guò)視窗玻璃看到勵(lì)端絕緣引水管大面積斷裂、燒黑。在6.3 m處發(fā)現(xiàn)引線室的門已被震開(kāi)，并被拋離門框3～4 m處，發(fā)電機(jī)引線室引線與母線間的軟連接、支撐瓷瓶以及封閉母線已嚴(yán)重?zé)龘p。這次事故造成的直接經(jīng)濟(jì)損失30多萬(wàn)元，間接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)上百萬(wàn)元。故障引起的部分損壞圖片見(jiàn)圖3～圖6。

2.2 二號(hào)發(fā)電機(jī)引水管漏水報(bào)警被迫停車事故

圖3 引出線絕緣引水管故障情況一圖

圖4 引出線絕緣引水管故障情況二圖

圖5 引出線與封母軟連接故障情況圖

圖6 封母軟連接故障情況圖

2010年11月23日19:50左右，該公司二號(hào)發(fā)電機(jī)在線裝置高阻檢漏儀發(fā)出報(bào)警信號(hào)，工作人員通過(guò)發(fā)電機(jī)特有的視窗玻璃觀察與判斷，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)勵(lì)端時(shí)鐘5點(diǎn)位置總匯水管與發(fā)電機(jī)絕緣引水管連接處，有明顯的漏水現(xiàn)象，大概30～40滴/min，導(dǎo)致高阻檢漏儀發(fā)出報(bào)警。根據(jù)其漏量及下部為發(fā)電機(jī)引出線可能會(huì)發(fā)生發(fā)電機(jī)出口短路故障，申請(qǐng)及時(shí)停機(jī)處理，停機(jī)后通過(guò)二號(hào)發(fā)電機(jī)勵(lì)端引線側(cè)的人孔門，查看漏水的具體部位，判定出其發(fā)生的精確位置是勵(lì)端1C1引出線絕緣引水管與匯水管的接頭部位(見(jiàn)圖7)，箭頭所指為剝掉絕緣材料的漏水具體部位。

圖7 1C1引出線絕緣引水管漏水情況圖

3 針對(duì)以上兩次事故進(jìn)行原因分析及處理

3.1 一號(hào)發(fā)電機(jī)停機(jī)原因分析及處理措施

一號(hào)發(fā)電機(jī)前后端蓋拆卸后經(jīng)過(guò)全面的檢查，發(fā)現(xiàn)勵(lì)端有23根絕緣引水管有不同程度的損傷，特別是臨近1A2引出線的引水管、軟連接以及封閉母線損壞最嚴(yán)重，并且與1A2定子引出線連接的引水管斷開(kāi)燒損。引起一號(hào)機(jī)突然停機(jī)事故是由于發(fā)電機(jī)勵(lì)端下側(cè)1A2定子引出線絕緣引水管引線側(cè)聚四氟乙烯管與不銹鋼套筒突然斷開(kāi)而漏水，使得定子水緩慢滲流到發(fā)電機(jī)引出線下側(cè)與封閉母線的部位，造成引出線與封母連接部位發(fā)生A、B相相間短路接地故障。由于是高電壓、大電流，短路引起的電弧、電動(dòng)力及沖擊波造成大面積絕緣引水管燒損、變色，勵(lì)端視窗玻璃、防爆膜爆裂，以及引線室的門被拋出4～5 m。

分析絕緣引水管突然脫開(kāi)的原因，主要是沒(méi)有嚴(yán)格控制引水管質(zhì)量，使得引水管的接頭部位聚四氟乙烯管與不銹鋼套筒的連接沒(méi)達(dá)到過(guò)盈配合，加上在運(yùn)行中水管在水流的沖擊或復(fù)雜的電磁力或空氣等氣體冷卻介質(zhì)流動(dòng)作用下，也會(huì)使得聚四氟乙烯管與不銹鋼套筒連接緊密程度受到影響，從而導(dǎo)致引水管突然斷開(kāi)。

針對(duì)以上情況，該公司在檢修過(guò)程中，更換了全部受損的引水管，更換中，首先選用質(zhì)量好的絕緣引水管，特別是要控制選材及工藝。因?yàn)橘|(zhì)量較差的聚四氟乙烯水管本身具有裂紋、砂眼或氣泡。制造絕緣引水管時(shí)，要嚴(yán)格控制端頭的制作工藝，做好產(chǎn)品出廠試驗(yàn)，控制好出廠驗(yàn)證。其次嚴(yán)格控制安裝質(zhì)量工藝。工作人員要嚴(yán)格掌握擰緊端頭螺帽的力度，裝密封墊時(shí)要控制紫銅墊圈的質(zhì)量，安裝前要講究工藝，特別是要將紫銅墊圈進(jìn)行退火處理。處理的辦法是:用氧氣乙炔把將紫銅墊圈加熱到發(fā)紅狀態(tài)，放到有酒精與水的混合液體中退火(一般酒精與冷水的比例為1∶1或1∶2之間)，讓墊圈軟化，增加墊圈的光潔度(見(jiàn)圖8～圖10)，再將墊圈保持止口先放置孔內(nèi)，旋進(jìn)螺母并擰緊扳手(見(jiàn)圖10)。最后，控制發(fā)電機(jī)定子水系統(tǒng)水壓，要嚴(yán)格按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行水壓試驗(yàn)，合格后再進(jìn)行絕緣材料的處理包扎。

圖8 紫銅墊圈退火前

圖9 紫銅墊圈退火后

圖10 紫銅墊圈放置圖

3.2 二號(hào)發(fā)電機(jī)停機(jī)原因分析及處理措施

在二號(hào)發(fā)電機(jī)停機(jī)后的檢查處理中，對(duì)漏水的具體部位勵(lì)端1C1引出線絕緣引水管與匯水管的接頭部位進(jìn)行了檢查，未發(fā)現(xiàn)聚四氟乙烯管或紫銅螺母有砂眼或褶皺變形、破裂等現(xiàn)象，推斷漏水的主要原因是由紫銅墊圈松動(dòng)引起，主要是在制造出廠時(shí)，對(duì)于該部位的緊力、力矩不夠，或在運(yùn)行中由于水流的沖擊或發(fā)電機(jī)運(yùn)行中線圈鐵芯產(chǎn)生熱量及復(fù)雜的電磁場(chǎng)作用，使線圈及絕緣水管受到熱應(yīng)力和動(dòng)應(yīng)力作用或空氣等氣體冷卻介質(zhì)流動(dòng)的作用，使得端部絕緣引水管長(zhǎng)期處于振動(dòng)中，導(dǎo)致引水管與匯水管或與發(fā)電機(jī)線圈端接頭(水電盒)的連接隨著振動(dòng)和機(jī)械疲勞的積累而變松，從而使紫銅墊圈失去密封效果。

分析二號(hào)發(fā)電機(jī)漏水原因后，在現(xiàn)場(chǎng)處理時(shí)，更換了新的紫銅墊圈，通過(guò)重新緊固螺帽達(dá)到一定的緊力后，進(jìn)行了定子水的壓力試驗(yàn)。啟動(dòng)定子水泵，將定子水的壓力調(diào)整到0.4 MPa持續(xù)2 h，原來(lái)的漏水部位未見(jiàn)異常，發(fā)電機(jī)其他部位也未見(jiàn)異常，發(fā)電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行正常，在此后的使用中再未出現(xiàn)定子水的漏水事故。

4 防止引水管漏水導(dǎo)致發(fā)電機(jī)停機(jī)的措施

1)處理漏水問(wèn)題時(shí)，要嚴(yán)格控制產(chǎn)品質(zhì)量，如一號(hào)機(jī)的處理過(guò)程中，特別要注意控制材料及工藝質(zhì)量。300 MW雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，定子絕緣引水管漏水大都由設(shè)計(jì)方案、材質(zhì)結(jié)構(gòu)、制造工藝等方面存在某些缺陷和不完善引起。

2)加強(qiáng)對(duì)發(fā)電機(jī)漏水在線報(bào)警儀的管理，保證雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)的漏水在線儀要始終處于良好狀態(tài)。

3)做好發(fā)電機(jī)大修時(shí)漏水的預(yù)防性試驗(yàn)工作。堅(jiān)持大修中定子線圈水壓試驗(yàn)及定子端部手包絕緣表面電位測(cè)試。

4)做好日常的檢查與維護(hù)，加強(qiáng)發(fā)電機(jī)下列細(xì)節(jié)部位的巡視檢查工作:a)保證定子冷卻水進(jìn)水壓力穩(wěn)定、水質(zhì)合格，壓力嚴(yán)格控制在0.2～0.3 MPa運(yùn)行。b)注意透過(guò)定子兩端視察窗，觀察端部絕緣水管的運(yùn)行情況，特別是高阻檢漏儀的梳狀電極有無(wú)水漬等信息。c)經(jīng)常觀察冷風(fēng)室地面是否積水，冷卻器是否結(jié)露等情況，進(jìn)而為發(fā)電機(jī)水系統(tǒng)的運(yùn)行提供間接信息，做出相應(yīng)的判斷。

5)在設(shè)備修修中，對(duì)檢修計(jì)劃進(jìn)行統(tǒng)籌安排，充分利用檢修設(shè)備的有利時(shí)機(jī)，對(duì)重要部件、重點(diǎn)部位進(jìn)行詳細(xì)全面的檢查、檢修、試驗(yàn)。同時(shí)，重視對(duì)小的常規(guī)性項(xiàng)目的檢查、維修，確保檢修計(jì)劃完整、全面，設(shè)備應(yīng)維修的部位能夠全部涵蓋。

6)加大技術(shù)培訓(xùn)力度，提高檢修人員的檢修水平以及分析和判斷各種異常現(xiàn)象、隱蔽缺陷隱患的能力，才能有效地降低和減少設(shè)備頻發(fā)的故障。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)以上設(shè)備事故的分析，得出必須加強(qiáng)設(shè)備監(jiān)造，加強(qiáng)新建機(jī)組基建期的工程質(zhì)量管理，全方位全過(guò)程抓住優(yōu)化設(shè)計(jì)、優(yōu)質(zhì)安裝、優(yōu)化運(yùn)行三個(gè)環(huán)節(jié)，提高工程建設(shè)質(zhì)量、設(shè)備質(zhì)量和生產(chǎn)準(zhǔn)備質(zhì)量，防止機(jī)組投運(yùn)后非計(jì)劃停運(yùn)的發(fā)生。在負(fù)荷高峰期，尤其要加強(qiáng)機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)，及時(shí)彌補(bǔ)設(shè)備缺陷，并利用機(jī)組的集中檢修機(jī)會(huì)，搞好設(shè)備治理工作，保證設(shè)備的正常運(yùn)行，為機(jī)組的大負(fù)荷運(yùn)行奠定良好的基礎(chǔ)，從而有效控制機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)，減少給公司造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

［1］廣東省電力試驗(yàn)研究所.DL/T607－1996汽輪發(fā)電機(jī)漏水、漏氫的檢驗(yàn)［S］.北京:中國(guó)電力出版社，1997:2，4.