汽輪發(fā)電機(jī)常見故障分析

徐興昌

摘 要：當(dāng)前我國正處于大型發(fā)電機(jī)組發(fā)展時(shí)期，600MW發(fā)電機(jī)組將逐漸取代300MW發(fā)電機(jī)組成為電網(wǎng)中主力機(jī)組。隨著汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)、制造工藝的不斷完善和提高，運(yùn)行監(jiān)測和檢修方式的不斷增強(qiáng)，許多設(shè)計(jì)、制造中的薄弱環(huán)節(jié)逐步被解決，檢修工作也將從傳統(tǒng)的檢修方式轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)防性檢修。汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行安全性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性也將越來越高。

關(guān)鍵詞：汽輪發(fā)電機(jī) 常見故障 預(yù)防措施

中圖分類號：TK26 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（a）-0035-01

1 定子繞組漏水

國產(chǎn)和進(jìn)口大型汽輪發(fā)電機(jī)大多都采用水氫氫的冷卻方式，分別用軟化水和高純度氫氣作為介質(zhì)對定子繞組、定子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行冷卻。對于水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)，漏水故障及其引發(fā)的電氣事故在發(fā)電機(jī)故障中占有相當(dāng)大的比例，據(jù)廣東電網(wǎng)的統(tǒng)計(jì)：定子和轉(zhuǎn)子漏水故障占發(fā)電機(jī)總故障的 26.4%，無論定子繞組或轉(zhuǎn)子繞組一旦發(fā)生漏水故障，輕者威脅機(jī)組的安全運(yùn)行，重者引發(fā)電氣短路事故燒毀發(fā)電機(jī)，造成嚴(yán)重的后果。定子繞組漏水大概分為三種常見情況：（1）空心導(dǎo)線并頭封焊處漏水；（2）空心導(dǎo)線斷裂漏水；（3）絕緣引水管漏水。大多是因?yàn)樵O(shè)計(jì)、工藝及材質(zhì)等問題。如果滲漏部位是細(xì)微裂紋或孔洞，則壓力較高的氫氣就會(huì)滲入水中，并可在定子內(nèi)冷水箱頂部發(fā)現(xiàn)氫氣。但如果滲漏部位是較大裂紋或孔洞時(shí)，水的滲出與氫氣的滲入并存，極易造成定子接地事故。為了避免定子繞組漏水故障，有的電機(jī)廠采用冷熱水交替實(shí)驗(yàn)法等技術(shù)手段，確保密封質(zhì)量和絕緣質(zhì)量。但是筆者在實(shí)踐發(fā)現(xiàn)中仍存在一些不易控制的因素，具體表現(xiàn)在以下幾方面，對應(yīng)防范措施和建議也同步列出。

（1）材質(zhì)不合格，空心導(dǎo)線有裂紋，絕緣引水管有裂紋和砂眼等，加強(qiáng)檢查，空心導(dǎo)線渦流探傷。

（2）材質(zhì)性能差，絕緣引水管改為德國西門子技術(shù)國產(chǎn)化的外層不銹鋼絲編織，內(nèi)層四氟塑料的絕緣水管。

（3）定子繞組端部固定不牢固，且固有頻率接近 100Hz 是造成端部線圈和引線振動(dòng)大，引起空心銅線疲勞斷裂漏水的重要原因，應(yīng)改善端部和引線的固定結(jié)構(gòu)及工藝，減小振幅。

（4）定子絕緣引水管布置及固定不合理，容易引起引水管磨損漏水，應(yīng)改進(jìn)布置，避免交叉，加強(qiáng)固定，避免磨損。

（5）制造質(zhì)量，尤其是接頭焊接工藝質(zhì)量差是接頭漏水的重要原因，應(yīng)該加強(qiáng)質(zhì)量管理，改進(jìn)工藝措施，確保接頭焊接質(zhì)量。

加強(qiáng)運(yùn)行中的監(jiān)測如內(nèi)冷水箱中含氫量的檢查、漏水保護(hù)裝置的維護(hù)檢查，在停機(jī)時(shí)分相直流泄漏及局部直流泄漏試驗(yàn)均能早期發(fā)現(xiàn)漏水故障，從而避免事故的發(fā)生。

2 定子繞組水路堵塞

定子繞組水路堵塞在水內(nèi)冷機(jī)組上時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重的造成線棒絕緣損壞導(dǎo)致接地短路事故。所以《二十五項(xiàng)反措》規(guī)定層間元件溫差或出口水溫差達(dá)8℃時(shí)報(bào)警，及時(shí)查明原因，此時(shí)可降低負(fù)荷。層間元件溫差達(dá)14℃或出口水溫差達(dá)12℃，或任一槽內(nèi)層間元件溫度超過90℃或出口水溫度超過85℃時(shí)，在確認(rèn)測溫元件無誤后，應(yīng)立即停機(jī)處理。發(fā)電機(jī)定子繞組水路堵塞原因主要有三類：（1）異物堵塞：橡皮墊、銅墊圈、砂粒等異物；（2）氧化銅積垢：冷卻水質(zhì)不合格引起積垢；（3）汽堵：局部流量小，產(chǎn)生局部高溫使冷卻水汽化引起汽堵。杜絕定子繞組水路堵塞的根本措施是嚴(yán)格控制發(fā)電機(jī)裝配及檢修工藝和相應(yīng)的檢查制度。在機(jī)組運(yùn)行或檢修時(shí)可以采取以下措施來預(yù)防和避免定子繞組水路堵塞情況發(fā)生：（1）水內(nèi)冷系統(tǒng)中，管道、閥門的橡膠密封圈應(yīng)全部更換為聚四氟乙烯墊圈。（2）加裝定子內(nèi)冷水反沖洗系統(tǒng)，定期對定子線棒進(jìn)行反沖洗。反沖洗系統(tǒng)的所有鋼絲濾網(wǎng)應(yīng)更換為激光打孔的不銹鋼新型濾網(wǎng)，防止濾網(wǎng)破碎進(jìn)入線圈。（3）投運(yùn)前和大修后，對水內(nèi)冷定子線棒、轉(zhuǎn)子線圈分路做流量試驗(yàn)（超聲波流量測試）。（4）擴(kuò)大發(fā)電機(jī)兩側(cè)匯水管排污口，并安裝不銹鋼法蘭，以便清除母管中的雜物。（5）嚴(yán)格控制水質(zhì)，其電導(dǎo)率應(yīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求或制造廠的規(guī)定。（6）嚴(yán)格保持發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)水支座石棉盤根冷卻水壓低于轉(zhuǎn)子內(nèi)冷水進(jìn)水壓力，以防石棉材料破損物進(jìn)入轉(zhuǎn)子分水盒內(nèi)。

3 漏氫

由于氫氣良好的導(dǎo)熱性，在大型機(jī)組中廣泛被采用為冷卻介質(zhì)，常見的水氫氫冷卻方式中，氫氣介質(zhì)冷卻了定子和轉(zhuǎn)子兩個(gè)系統(tǒng)部位。而且隨著容量的增大，氫壓逐步增高。由于氫氣的物理特性，其滲透性和擴(kuò)散能力很強(qiáng)，因此高氫壓的發(fā)電機(jī)中，如果密封不嚴(yán)，極易發(fā)生氫氣泄漏。漏氫會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)機(jī)內(nèi)氫壓不能保持額定值，將影響發(fā)電機(jī)的出力；消耗過多的氫氣增加制氫站的負(fù)荷；發(fā)電機(jī)周圍的漏氫與空氣混合后，若氫氣濃度為4%～75%時(shí)遇電火花或高溫，可能著火甚至引起爆炸。常見的漏氫部位主要發(fā)生在：發(fā)電機(jī)端罩和機(jī)座結(jié)合面；端蓋與端罩及上下半端蓋結(jié)合面；端蓋與密封瓦座結(jié)合面；定子引出線套管；氫氣冷卻器上下法蘭與機(jī)殼結(jié)合面等。漏氫形成的原因主要體現(xiàn)在：密封面或密封加裝工藝不良；焊縫的焊接質(zhì)量不良，存在氣隙；轉(zhuǎn)子滑環(huán)導(dǎo)電螺釘或轉(zhuǎn)子軸中心孔端面堵板不嚴(yán)；氫氣系統(tǒng)管路及附件滲漏；氫氣漏入定子繞組內(nèi)冷水系統(tǒng)；密封瓦內(nèi)部漏氫等方面。

4 滑環(huán)及碳刷過熱

由于發(fā)電機(jī)的碳刷運(yùn)行與維護(hù)是傳統(tǒng)技術(shù)，多年來工藝和技術(shù)水平無實(shí)質(zhì)性突破。各方對發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)關(guān)注不夠，投入有限，進(jìn)而導(dǎo)致連續(xù)發(fā)生了多起大型發(fā)電機(jī)組，因碳刷或轉(zhuǎn)子滑環(huán)故障引發(fā)的停機(jī)事故，給企業(yè)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。引起滑環(huán)及碳刷過熱的主要原因是：碳刷與滑環(huán)接觸不良，接觸電阻過大；滑環(huán)的氧化膜薄厚不均勻，引起碳刷電流分布不平衡；滑直徑大，摩擦損耗大；滑環(huán)材質(zhì)差、硬度低且不均勻；通風(fēng)不合理，冷卻效果差，滑環(huán)溫度高；碳刷上彈簧壓力不均勻或大小不適宜；碳刷在刷握里太松而發(fā)生跳動(dòng)，或太緊了碳刷在刷握里卡住了等等。

5 軸電壓

汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行中發(fā)生軸電壓及大軸磁化是常見故障，該類故障的發(fā)生給設(shè)備造成損壞，有時(shí)為了消除缺陷迫使機(jī)組長期停運(yùn)。（1）軸電壓產(chǎn)生的原因有：由于蒸汽與汽輪機(jī)葉片摩擦產(chǎn)生靜電荷引起軸電壓；（2）由于發(fā)電機(jī)磁路不對稱（如定子迭片接縫，轉(zhuǎn)子偏心等），以及轉(zhuǎn)子引線電流不對稱產(chǎn)生的軸向磁通引起軸電壓；（3）靜止可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的脈沖分量（如300Hz分量），由于轉(zhuǎn)子繞組對大軸、大軸經(jīng)油膜對地存在分布電容，形成軸電壓；（4）由于轉(zhuǎn)子繞組匝間短路，兩點(diǎn)接地故障以及定子繞組內(nèi)部短路產(chǎn)生的軸向漏磁通引起軸電壓。軸電壓的危害：軸承油膜被軸電壓擊穿后形成軸電流，當(dāng)電流密度超過20A/mm2時(shí)，將引起軸頸表面和軸瓦的電燒傷以致?lián)p壞；使轉(zhuǎn)子軸、軸承座、風(fēng)扇環(huán)座以及汽輪機(jī)部件磁化，進(jìn)而增大單極電勢，嚴(yán)重影響機(jī)組的正常運(yùn)行和壓差閥控制及汽機(jī)串軸保護(hù)的正常投入，并對機(jī)組維修工作帶來困難，必須進(jìn)行退磁處理。

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