汽輪發(fā)電機(jī)安裝與故障探究

付少偉

摘 要：文章對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行了分析，探討了其安裝的技術(shù)要點(diǎn)，研究了汽輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行故障，并提出了預(yù)防汽輪發(fā)電機(jī)故障的具體措施，主要的目的就是為了確保汽輪發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：汽輪發(fā)電機(jī)；安裝；故障；預(yù)防

中圖分類號(hào)：TM311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）23-0091-02

1 汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

在實(shí)際發(fā)電的過(guò)程中，需要通過(guò)軸承和端蓋來(lái)連接電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子，確保轉(zhuǎn)子能夠在定子中自由運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，并且對(duì)磁感線進(jìn)行切合，形成磁感電流，實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)發(fā)電目標(biāo)。而汽輪發(fā)電機(jī)就是汽輪機(jī)配套使用的發(fā)電機(jī)，一般來(lái)講，汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度處于60轉(zhuǎn)/s或者50轉(zhuǎn)/s。而要有效地提升汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的速率，并實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)受離心力作用，那么就會(huì)減小轉(zhuǎn)子直徑，使其長(zhǎng)度增加。然而，在材料強(qiáng)度影響作用下，轉(zhuǎn)子直徑是不能夠超過(guò)1.2 m的，而且，在轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度超出其直徑六倍的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)震動(dòng)情況，這對(duì)于電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)與維護(hù)具有一定的負(fù)面影響。

2 汽輪發(fā)電機(jī)安裝技術(shù)要點(diǎn)

2.1 安裝前的準(zhǔn)備工作

在安裝設(shè)備之前，應(yīng)該對(duì)相關(guān)的資料內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)地查看，并且對(duì)施工過(guò)程中所需遵守的規(guī)定予以熟悉并掌握，對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)予以深入了解，進(jìn)而全面掌握安裝的順序，保證所需資料的齊全，并開(kāi)展施工技術(shù)交底工作。

2.2 復(fù)查基礎(chǔ)劃線

按照土建交付使用單位驗(yàn)收合格的基礎(chǔ)資料以及與發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)等相關(guān)的圖紙，對(duì)基礎(chǔ)標(biāo)高、地腳螺栓孔、混凝土的澆灌質(zhì)量以及預(yù)埋鐵板等內(nèi)容進(jìn)行嚴(yán)格且全面檢查。

2.3 布置墊鐵

發(fā)電機(jī)在安裝的過(guò)程中，一定要保證混凝土強(qiáng)度高于70%，并且要保證混凝土符合標(biāo)準(zhǔn)要求之后才能夠根據(jù)設(shè)計(jì)的要求來(lái)放置墊鐵。另外，需要在混凝土承受力面涂抹一些紅丹粉。通常，接觸面積要大于75%，并且開(kāi)展多次的按壓試驗(yàn)，保證墊鐵穩(wěn)固性。如果不符合要求，則應(yīng)該及時(shí)修復(fù)，直到達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。最后，在安裝墊鐵以后，需要把底板放在墊鐵上，保證螺栓的穩(wěn)固性，并且保證預(yù)留出5 mm的空間。

2.4 發(fā)電機(jī)吊裝就位

根據(jù)發(fā)電機(jī)的重量及現(xiàn)場(chǎng)條件，合理的選擇吊裝方式和吊具、鋼絲繩。計(jì)算吊具及鋼絲繩的安全系數(shù)，一般要求鋼絲繩的安全系數(shù)不小于6，在吊裝就位前對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行初調(diào)整，方便后續(xù)找中。

2.5 安裝端蓋與軸承

安裝前首先對(duì)端蓋與發(fā)電機(jī)本體之間垂直中分面間隙進(jìn)行檢查，通過(guò)涂紅藍(lán)粉和注密封膠的方式檢查。如密封膠泄漏量較大，應(yīng)該對(duì)端蓋研磨處理。然后安裝軸承，檢查軸承和端蓋之間的配合程度進(jìn)行檢查，保證軸承各個(gè)水平結(jié)合面的良好接觸。通過(guò)涂紅丹粉和塞尺檢查的方式，檢查軸承與端蓋、軸承套之間的間隙，保證兩者之間接觸面積大于75%且0.05 mm塞尺不入，因?yàn)檩S承與端蓋、軸承套的接觸對(duì)軸承震動(dòng)的影響至關(guān)重要，所以，要保證軸承與端蓋、軸承套接觸滿足設(shè)計(jì)要求。

2.6 安裝轉(zhuǎn)子

在發(fā)電機(jī)穿轉(zhuǎn)子之前，需要檢查并確定各項(xiàng)電氣試驗(yàn)的合格，并且定子與轉(zhuǎn)子的內(nèi)部一定要干凈整潔，順暢通風(fēng)，不存在堵塞的現(xiàn)象。不允許使轉(zhuǎn)子上出現(xiàn)活動(dòng)零件，保證轉(zhuǎn)子槽楔沒(méi)有松動(dòng)。

另外，需要牢固平衡塊并將其鎖緊，保證轉(zhuǎn)子螺母被緊固而且配備防松裝置。對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行接地試驗(yàn)和轉(zhuǎn)子氣密試驗(yàn)。保證轉(zhuǎn)子的接地良好，且發(fā)電機(jī)內(nèi)氣體不會(huì)通過(guò)轉(zhuǎn)子軸向外泄露，安裝廠家提供的方案進(jìn)行轉(zhuǎn)子穿裝，穿裝過(guò)程中時(shí)刻監(jiān)視，防止對(duì)轉(zhuǎn)子或定子的刮擦。

3 汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行故障的診斷

3.1 定子繞組的故障

現(xiàn)階段，大型的汽輪發(fā)電機(jī)通常使用的冷卻方式都是水-氫-氫，也就是定子繞組水內(nèi)冷，定子鐵芯氫冷以及轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷。然而，在設(shè)計(jì)工藝與制造工藝的影響與作用之下，嚴(yán)重影響了工序控制、生產(chǎn)流程以及檢驗(yàn)維修工作的質(zhì)量管理效果。另外，當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中，還會(huì)受很多因素影響，像是熱應(yīng)力與機(jī)械應(yīng)力，最終出現(xiàn)定子繞組接地或短路的故障。

在定子繞組故障中，有以下幾種情況：其一，定子線棒與引線銅導(dǎo)體出現(xiàn)斷裂；其二，由于焊接工藝不合理而損壞接頭；其三，定子冷卻水的回路出現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象；其四，定子繞組當(dāng)中留有金屬異物；其五，定子繞組存在漏水的現(xiàn)象等等。

3.2 定子鐵芯的故障

在制造工藝和裝配工藝的影響下，其中主要包括鐵芯壓裝的壓力、硅鋼片的厚度、兩端壓指高度的偏差以及冷熱壓次數(shù)等等。

同時(shí)，在交變電磁力影響與作用下，很容易致使定子鐵芯疊片的局部或者是整體引發(fā)松弛故障，嚴(yán)重破壞鐵芯片間的絕緣，進(jìn)而出現(xiàn)了片間短路或者是局部過(guò)熱的情況，嚴(yán)重的就會(huì)出現(xiàn)定子繞組的連鎖故障，最終對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行的安全性帶來(lái)嚴(yán)重的影響。

3.3 轉(zhuǎn)子繞組的故障

轉(zhuǎn)子繞組故障的內(nèi)容有匝間短路與對(duì)地絕緣等，其中，引發(fā)接地故障與雜件短路的主要原因就是轉(zhuǎn)子繞組溫度過(guò)高引起的絕緣破壞；制造工藝水平不高而導(dǎo)致局部存在缺陷；水內(nèi)冷轉(zhuǎn)子繞組存在堵塞情況而引發(fā)局部溫度過(guò)高，導(dǎo)致匝間絕緣被燒壞；冷卻器漏水或者是有金屬異物進(jìn)入到轉(zhuǎn)子繞組當(dāng)中。

另外，當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)繞組運(yùn)行的時(shí)候，會(huì)受到熱膨脹或者是機(jī)械作用，出現(xiàn)塑性變形，也就是常講的殘余變形與熱變形。但是，隨著殘余變型的累積，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子繞組槽部與端部絕緣遭受破壞，最終引發(fā)接地故障以及匝間短路故障，如果嚴(yán)重程度比較大，那么就會(huì)導(dǎo)致繞組斷裂問(wèn)題的出現(xiàn)。

3.4 負(fù)序電流將轉(zhuǎn)子燒毀

汽輪發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行的過(guò)程中，需要處于三相負(fù)荷對(duì)稱狀態(tài)。但是，如果電力系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)存在不對(duì)稱故障，就很容易使得汽輪發(fā)電機(jī)出現(xiàn)暫停運(yùn)行的現(xiàn)象。例如，當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)了單相接地情況或者是發(fā)電機(jī)的出口開(kāi)關(guān)在故障和正常的狀態(tài)都不能夠切斷或者是斷開(kāi)三相負(fù)荷。如果在發(fā)電機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中存在不對(duì)稱情況，定子繞組就會(huì)存在正序電流和電壓，與此同時(shí)，也同樣存在負(fù)序和零序電流與電壓。當(dāng)負(fù)序電流產(chǎn)生了反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，那么，勵(lì)磁繞組、轉(zhuǎn)子鐵芯以及阻尼繞組內(nèi)部產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，進(jìn)而導(dǎo)致雜散銅耗與鐵耗。在此背景下，發(fā)電機(jī)運(yùn)行的效率就會(huì)降低，而且會(huì)增加轉(zhuǎn)子本體溫度，更嚴(yán)重的還會(huì)燒毀轉(zhuǎn)子。

除此之外，負(fù)序電流會(huì)使得轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和定子振動(dòng)的現(xiàn)象，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子出現(xiàn)燒損的情況，嚴(yán)重的還會(huì)引起安全事故。

4 汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行故障的預(yù)防策略

4.1 定子繞組故障的預(yù)防

第一，對(duì)定子繞組線棒膠化和成型工藝進(jìn)行有效地改善，并且固定好端部漸開(kāi)線和鼻部切向與徑向。

第二，對(duì)線棒接頭的焊接狀況進(jìn)行嚴(yán)格地檢查，在確定檢查結(jié)果合格以后，應(yīng)該整理導(dǎo)線，進(jìn)而確保接頭能夠光滑過(guò)渡。

第三，應(yīng)該開(kāi)展熱水流試驗(yàn)或者是充分利用超聲波流量計(jì)來(lái)對(duì)定子水路的堵塞情況進(jìn)行仔細(xì)地測(cè)定，進(jìn)而保證其內(nèi)冷水質(zhì)滿足運(yùn)行要求，提高水冷系統(tǒng)減溫計(jì)指示的準(zhǔn)確程度。

第四，在開(kāi)展定期檢修的時(shí)候，需要對(duì)定子端部線圈和堅(jiān)固件的情況進(jìn)行檢查，特別是松動(dòng)或者是絕緣磨損痕跡的檢查，進(jìn)而保證可以及時(shí)地更換緊固部件。

第五，全面改進(jìn)接頭結(jié)構(gòu)，并且確保焊接作業(yè)質(zhì)量，保證定子繞組端部以及鼻部相對(duì)穩(wěn)固。另外，還應(yīng)該嚴(yán)格檢查空心銅線的質(zhì)量，對(duì)定子繞組絕緣引水管的具體布局情況予以全面改善。

第六，對(duì)定子繞組的端部線圈夾縫以及上下層漸開(kāi)線的線棒間隙進(jìn)行全面地檢查，避免在安裝或者檢修的時(shí)候留下金屬異物。

4.2 定子鐵芯故障的預(yù)防

在檢修定子鐵芯故障的時(shí)候，如果發(fā)現(xiàn)疑點(diǎn)，一定要開(kāi)展鐵芯發(fā)熱的試驗(yàn)。針對(duì)檢查或者試驗(yàn)過(guò)程中存在的鐵芯短路點(diǎn)一定要及時(shí)予以消除。除此之外，應(yīng)該重點(diǎn)檢查發(fā)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)部件，保證其不存在松動(dòng)或者裂紋的問(wèn)題。

基于此，端部各個(gè)緊固件一定要由絕緣材料與無(wú)磁性材料制作而成，并且緊固以后采取鎖緊措施。而在回裝轉(zhuǎn)子的時(shí)候，也應(yīng)該認(rèn)真地檢查，避免有雜物留在定子膛內(nèi)部。如果汽輪發(fā)電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中定子有一點(diǎn)接地，那么一定要根據(jù)相關(guān)規(guī)定來(lái)停機(jī)進(jìn)行處理。

4.3 轉(zhuǎn)子繞組故障的預(yù)防

第一，對(duì)轉(zhuǎn)子繞組的通風(fēng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的改善，尤其是要重視導(dǎo)體通風(fēng)孔錯(cuò)位和堵塞情況的檢查；

第二，應(yīng)及時(shí)清除轉(zhuǎn)子繞組銅線毛刺與金屬顆粒等；

第三，對(duì)繞組端部匝間絕緣工藝進(jìn)行改進(jìn)與完善；

第四，全面改善運(yùn)行轉(zhuǎn)子回路滅磁效果，防止轉(zhuǎn)子繞組絕緣設(shè)備存在過(guò)電壓的問(wèn)題；

第五，重視運(yùn)行維護(hù)工作，避免轉(zhuǎn)子繞組溫度過(guò)高或者是在強(qiáng)烈震動(dòng)的情況下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行；

第六，確保集電環(huán)和電刷的滑動(dòng)接觸是平穩(wěn)的，確保環(huán)表面的光潔程度，構(gòu)建氧化碳素薄膜層。

4.4 負(fù)序電流損傷轉(zhuǎn)子的預(yù)防

通過(guò)采用負(fù)序保護(hù)裝置，能夠?qū)Ψ€(wěn)態(tài)負(fù)序電流進(jìn)行實(shí)時(shí)地檢測(cè)，還可以安裝報(bào)警設(shè)備。

另外，還應(yīng)該對(duì)斷路器的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格地控制，在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，對(duì)其三相的閉合與斷開(kāi)情況進(jìn)行嚴(yán)格地檢查，同時(shí)，還應(yīng)該安裝斷路器失靈保護(hù)裝置。若斷路器三相不能夠同時(shí)斷開(kāi)或者是閉合，就需要降低汽輪機(jī)的輸出功率以及發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，保證負(fù)序電流下降至最小。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，汽輪發(fā)電機(jī)組要想運(yùn)行安全與穩(wěn)定，就需要在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，重視故障的預(yù)防工作。

與此同時(shí)，需要深入了解汽輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并且在安裝環(huán)節(jié)注重安裝技術(shù)要點(diǎn)，在采取預(yù)防措施的基礎(chǔ)上，確保汽輪發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃超.發(fā)電機(jī)滑環(huán)冒火原因探討及在線處理[J].科技與企業(yè)，2013，（23）.