660 MW發(fā)電機(jī)勵(lì)端軸瓦絕緣失效故障處理

王艦鋒

（神華國(guó)能哈密電廠，新疆 哈密 839000）

0 引言

絕緣性能是衡量發(fā)電機(jī)安全性能是否符合標(biāo)準(zhǔn)的重要指標(biāo)，發(fā)電機(jī)投入使用前必須進(jìn)行絕緣性能試驗(yàn)，以此保障生產(chǎn)安全。但在長(zhǎng)期生產(chǎn)作業(yè)運(yùn)行期間，發(fā)電機(jī)受到各類因素干擾而易出現(xiàn)勵(lì)端軸瓦絕緣失效故障，產(chǎn)生電流，為發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行埋下隱患。為避免勵(lì)端軸瓦絕緣失效故障造成發(fā)電機(jī)生產(chǎn)安全事故，須對(duì)絕緣失效故障加以重視，結(jié)合發(fā)電機(jī)檢修記錄，了解其勵(lì)端軸瓦實(shí)際參數(shù)，判斷是否存在絕緣失效隱患，并對(duì)常見故障原因進(jìn)行分析論證，熟悉故障處理措施，以此更好地應(yīng)對(duì)故障問(wèn)題。

1 絕緣失效故障概況

1.1 發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)

某型號(hào)為QFSN-660-2-22B 的660MW 發(fā)電機(jī)在近期運(yùn)行期間常出現(xiàn)勵(lì)端軸瓦絕緣故障問(wèn)題，為探究故障產(chǎn)生原因，并進(jìn)行應(yīng)對(duì)處理，須明確發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)，該型號(hào)發(fā)電機(jī)作為三相交流隱極式發(fā)電機(jī)，主要由勵(lì)端軸瓦、密封瓦、汽端蓋、勵(lì)端蓋、轉(zhuǎn)子、定子、冷卻器、汽端軸瓦等部件構(gòu)成，其中勵(lì)端、端蓋、軸承結(jié)構(gòu)示意圖見圖1[1]。該QFSN-660-2-22B 660MW 發(fā)電機(jī)額定電壓、額定轉(zhuǎn)速分別為22000V、3000r/min，定子、轉(zhuǎn)子繞組均為F 級(jí)絕緣，為避免發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行期間遭受電流危害，在發(fā)電機(jī)端蓋與勵(lì)端中間環(huán)、軸瓦軸承座、外擋油蓋間均已做好絕緣處理，在檢修期間，須對(duì)絕緣效果進(jìn)行控制，檢查發(fā)電機(jī)端蓋與各部件間的絕緣效果是否完好，以此保障發(fā)電機(jī)機(jī)組在絕緣環(huán)境下安全化、穩(wěn)定化運(yùn)行。

圖 1 勵(lì)端、端蓋、軸承結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 絕緣失效故障記錄

該QFSN-660-2-22B 型號(hào)的660MW 發(fā)電機(jī)在近階段大修中頻繁出現(xiàn)發(fā)電機(jī)勵(lì)端軸瓦絕緣失效現(xiàn)象，使發(fā)電機(jī)檢修返工率極大提升，不僅給發(fā)電機(jī)檢修工期造成阻礙，還因勵(lì)端軸瓦絕緣失效現(xiàn)象埋下了發(fā)電機(jī)機(jī)組運(yùn)行安全隱患。在該型號(hào)規(guī)格發(fā)電機(jī)設(shè)備中，絕緣失效問(wèn)題主要集中在軸承座、密封瓦座2 個(gè)部位，發(fā)電機(jī)檢修期間的絕緣失效記錄如表1所示。

表 1 發(fā)電機(jī)檢修期間的絕緣失效記錄

將大修實(shí)測(cè)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比后可發(fā)現(xiàn)，軸承座、密封瓦座為發(fā)電機(jī)勵(lì)端軸瓦絕緣失效的主要表現(xiàn)部位，且通油前、通油后均存在絕緣故障，而解決軸承座、密封瓦座處絕緣故障須耗費(fèi)1d～3d，給生產(chǎn)作業(yè)造成阻礙，并產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)損失，因此須加強(qiáng)對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)端軸瓦絕緣失效故障的重視，以發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)為依據(jù)進(jìn)行故障處理分析，結(jié)合設(shè)計(jì)運(yùn)行情況進(jìn)行故障處理，避免勵(lì)端軸瓦絕緣失效問(wèn)題擴(kuò)大而導(dǎo)致額外損失。

2 絕緣失效故障原因分析

為解決該660MW 發(fā)電機(jī)在運(yùn)行期間常發(fā)生的勵(lì)端軸瓦絕緣失效故障問(wèn)題，組建絕緣失效故障專項(xiàng)處理小組，由專業(yè)技術(shù)人員組成，對(duì)設(shè)備缺陷進(jìn)行研究。

2.1 密封瓦座絕緣異常

在660MW 發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)中，密封瓦座主要使用端蓋、中間環(huán)完成結(jié)構(gòu)固定，絕緣墊片位于中間環(huán)兩側(cè)，為保證勵(lì)端軸瓦絕緣效果，中間環(huán)與端蓋、密封瓦座間的螺栓均采用絕緣墊圈、絕緣套管進(jìn)行處理，提升整體絕緣效果。從發(fā)電機(jī)勵(lì)端軸瓦結(jié)構(gòu)角度進(jìn)行分析，若絕緣墊圈、絕緣套管、絕緣墊片任何1 個(gè)部件出現(xiàn)絕緣異常情況，均有可能引發(fā)密封瓦座絕緣失效故障，而螺栓與絕緣墊圈、絕緣套管直接接觸，該結(jié)構(gòu)承受較大壓應(yīng)力，若在檢修期間多次拆卸安裝，則會(huì)在壓應(yīng)力作用下，使絕緣墊圈、絕緣套管表面出現(xiàn)裂紋問(wèn)題，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)通油后，表面裂紋將直接暴露在發(fā)電機(jī)油氣中，潤(rùn)滑油中油氣、水分經(jīng)揮發(fā)后，由表面裂紋進(jìn)入絕緣墊圈、絕緣套管內(nèi)部，且潤(rùn)滑油內(nèi)金屬雜質(zhì)隨油氣、水分于裂紋內(nèi)堆積，在金屬雜質(zhì)堆積、油氣水分侵蝕下，導(dǎo)致墊圈、套管處絕緣效果降低，并在長(zhǎng)期未處理下引發(fā)絕緣失效故障。

中間環(huán)與密封瓦座、端蓋間設(shè)有絕緣墊片，其絕緣性能受安裝清潔度、緊固力矩、處理工藝、墊片材質(zhì)影響。若絕緣墊片安裝時(shí)清潔度不佳，混入沙粒塵土等，將導(dǎo)致絕緣失效問(wèn)題；若絕緣墊片安裝時(shí)緊固力矩不均或過(guò)大，則會(huì)導(dǎo)致金屬雜質(zhì)混入墊片結(jié)構(gòu)中，繼而導(dǎo)致絕緣失效問(wèn)題；若絕緣墊片工藝不佳，導(dǎo)致絕緣墊片表面絕緣漆刷涂不均，則會(huì)導(dǎo)致絕緣性能存在缺陷，在長(zhǎng)期運(yùn)行中出現(xiàn)絕緣失效故障；若墊片本身材質(zhì)絕緣性能不足，同樣可埋下絕緣失效隱患。

在該660MW 發(fā)電機(jī)A、B 兩次大修期間，發(fā)現(xiàn)絕緣失效故障后對(duì)絕緣墊片、絕緣墊圈、絕緣套管進(jìn)行全面檢查，并組織絕緣試驗(yàn)，最終發(fā)現(xiàn)絕緣墊圈結(jié)構(gòu)完好，但部分絕緣套管出現(xiàn)表面裂紋情況，且檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)裂紋內(nèi)已堆積金屬雜質(zhì)及油污，此時(shí)對(duì)無(wú)裂紋絕緣墊圈及絕緣套管展開絕緣試驗(yàn)，但試驗(yàn)結(jié)果顯示，部分絕緣套管絕緣值為200MΩ，部分為顯示為無(wú)窮大，出現(xiàn)該差異的原因是絕緣套管經(jīng)長(zhǎng)期使用受到油氣、水分侵蝕，累積在絕緣套管內(nèi)部，繼而出現(xiàn)絕緣性能下降的情況。除此之外，對(duì)絕緣墊片全面檢查，發(fā)現(xiàn)存在局部壓裂問(wèn)題，裂紋中有油污堆積，且絕緣墊片表面絕緣漆厚度不均，運(yùn)用搖表儀器對(duì)絕緣墊片進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)絕緣墊片絕緣值已低于1MΩ，絕緣性能遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)值，出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因在于絕緣漆厚度不均、安裝不當(dāng)，導(dǎo)致絕緣墊片在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間暴露于潤(rùn)滑油環(huán)境中，繼而引發(fā)絕緣失效問(wèn)題。對(duì)該660MW 發(fā)電機(jī)A、B 兩次大修檢查結(jié)果進(jìn)行分析，最終判定密封瓦座絕緣失效故障主要為墊片安裝不當(dāng)、套管裂紋、墊片處理工藝不佳。

2.2 軸承座絕緣異常

軸承座是軸瓦是連接端蓋的結(jié)構(gòu)，且具有支撐性作用，為保證絕緣效果，該型號(hào)660MW 發(fā)動(dòng)機(jī)軸承座為雙重絕緣結(jié)構(gòu)，即軸承座兩側(cè)墊塊間設(shè)有2 塊絕緣板，該絕緣板由軸承座與螺栓（4 顆）進(jìn)行固定，而絕緣墊片則位于軸承座與螺栓之間，以此在螺栓與軸承座結(jié)構(gòu)間起到絕緣效果，此外為避免異物雜質(zhì)進(jìn)入螺栓孔，并逐漸滲透到絕緣墊片結(jié)構(gòu)內(nèi)，采用環(huán)氧樹脂塞將4 個(gè)螺栓孔封堵完畢，繼而起到提升絕緣性能效果的作用。從軸承座結(jié)構(gòu)角度進(jìn)行分析，絕緣套管、軸承座絕緣板、環(huán)氧樹脂塞部件若出現(xiàn)絕緣異常情況，則易出現(xiàn)軸承座絕緣失效故障。軸承座絕緣套管、絕緣板性能與密封瓦座結(jié)果類似，若絕緣套管、絕緣板結(jié)構(gòu)出現(xiàn)表面裂縫，容易出現(xiàn)絕緣失效故障。為保證軸承座螺栓環(huán)氧樹脂塞效果，在設(shè)備檢修期間，通常不將其拆卸檢查，若環(huán)氧樹脂塞本身安裝效果不佳或加工尺寸不當(dāng)，則會(huì)使?jié)櫥椭械挠蜌馑诌M(jìn)入絕緣部件提供縫隙通道，在日積月累中導(dǎo)致螺栓孔內(nèi)堆積大量金屬雜質(zhì)及油污，使軸承座與四顆固定螺栓間的絕緣效果降低，導(dǎo)致絕緣失效故障。

在該型號(hào)660MW 發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備B 大修中，發(fā)現(xiàn)軸承座存在絕緣異常故障后，對(duì)絕緣套管、軸承座絕緣板、環(huán)氧樹脂塞部件進(jìn)行全面檢查，并組織絕緣測(cè)試，對(duì)軸承座絕緣套管、絕緣板檢查后發(fā)現(xiàn)，其表面雖無(wú)破損問(wèn)題，但測(cè)試結(jié)果顯示，整體絕緣效果不佳，經(jīng)分析后得出以下結(jié)論：軸承座絕緣板經(jīng)多個(gè)換料周期連續(xù)使用而長(zhǎng)期暴露在發(fā)電機(jī)油氣環(huán)境中，潤(rùn)滑油內(nèi)油氣水分逐漸滲透進(jìn)絕緣板部件內(nèi)部，使絕緣板絕緣性能下降，并導(dǎo)致絕緣失效故障。為探究絕緣失效故障產(chǎn)生原因，將環(huán)氧樹脂塞拆卸后發(fā)現(xiàn)軸承座背部螺栓孔內(nèi)已堆積滿潤(rùn)滑油，且潤(rùn)滑油內(nèi)摻有水分及金屬雜質(zhì)，繼而導(dǎo)致環(huán)氧樹脂塞失去絕緣效果，出現(xiàn)絕緣失效故障問(wèn)題[2]。為探究出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因，測(cè)量環(huán)氧樹脂塞尺寸結(jié)構(gòu)是否與螺栓孔形狀大小吻合，經(jīng)測(cè)量后發(fā)現(xiàn)，環(huán)氧樹脂塞內(nèi)外孔徑存在缺陷，導(dǎo)致螺栓孔與環(huán)氧樹脂塞間存在間隙，在發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行下，潤(rùn)滑油水分與油氣進(jìn)入軸承座螺栓孔內(nèi)，繼而引發(fā)軸承座絕緣失效故障?？偠灾?，該660MW 發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)軸承座絕緣失效故障的原因主要在于絕緣板性能不佳，環(huán)氧樹脂塞尺寸不當(dāng)，因此在后續(xù)故障處理工作中，應(yīng)根據(jù)故障原因進(jìn)行針對(duì)性處理。

2.3 通油后絕緣異常

發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備機(jī)組安裝完畢后須進(jìn)行油沖洗，并組織發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)，在此期間，設(shè)備檢修人員須注意觀察發(fā)電機(jī)密封邊界情況，檢查是否存在漏液情況。設(shè)備查漏時(shí)，可采用噴檢漏液查漏方法，將檢漏液噴至設(shè)備密封瓦座絕緣墊片處，以此觀察密封瓦座是否存在泄漏故障。在該660MW 發(fā)動(dòng)機(jī)大修中，發(fā)現(xiàn)軸承絕緣部件通油后存在絕緣失效的可能，同時(shí)，經(jīng)氣密試驗(yàn)后，部分絕緣部件同樣存在絕緣失效隱患。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)部件上述現(xiàn)象進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)故障原因主要為以下幾點(diǎn)：1）潤(rùn)滑油水分超標(biāo)或顆粒度過(guò)大，導(dǎo)致潤(rùn)滑油大顆粒在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間遺留在絕緣套管表面，或因水分超標(biāo)而使水分進(jìn)入絕緣套管結(jié)構(gòu)內(nèi)部，繼而使軸承在發(fā)動(dòng)機(jī)通油后發(fā)生絕緣失效故障。2）檢修期間導(dǎo)致異物進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，因檢修清潔度不足導(dǎo)致金屬雜質(zhì)等遺留在設(shè)備內(nèi)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)通油，機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)，使金屬雜質(zhì)在機(jī)組動(dòng)力作用下轉(zhuǎn)移到軸承座絕緣板夾層內(nèi)，繼而引發(fā)絕緣失效故障。3）發(fā)電機(jī)查漏結(jié)束后須檢查密封瓦座絕緣情況，但在大修期間測(cè)量時(shí)，發(fā)現(xiàn)絕緣值為零，為探究絕緣失效故障是否由檢漏液引發(fā)，制造了尺寸規(guī)格相同的中間環(huán)與密封瓦座，采用模擬試驗(yàn)的方式進(jìn)行驗(yàn)證，在本次模擬試驗(yàn)中，將704 密封膠涂抹至TN9001 絕緣墊片表面，圍繞絕緣性能進(jìn)行分析，最終發(fā)現(xiàn)該絕緣墊片在未完全緊固時(shí)絕緣性能最佳，未完全緊固時(shí)，絕緣效果為400MΩ，若進(jìn)一步緊固力矩，使力矩達(dá)到346N·m 時(shí)，絕緣性能有所降低，為200MΩ，但仍符合發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備絕緣標(biāo)準(zhǔn)，但噴檢漏液后，發(fā)現(xiàn)絕緣墊片絕緣性能下降至0.1MΩ，接近于0，可判定為出現(xiàn)絕緣失效問(wèn)題，對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行全面檢查，最終發(fā)現(xiàn)所應(yīng)用的檢漏液存在較強(qiáng)滲透性，存在大量水分，在噴檢期間導(dǎo)致水分進(jìn)入絕緣墊片，繼而引發(fā)絕緣失效故障[3]?？偠灾?，發(fā)動(dòng)機(jī)通油后產(chǎn)生絕緣失效故障的原因是檢修清潔度低、潤(rùn)滑油品質(zhì)差、檢漏液水分含量高。

3 該660MW 發(fā)動(dòng)機(jī)勵(lì)端軸瓦絕緣失效故障處理措施

3.1 故障原因總結(jié)

對(duì)上述絕緣故障原因進(jìn)行總結(jié)歸納，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致660MW發(fā)動(dòng)機(jī)勵(lì)端軸瓦產(chǎn)生絕緣失效故障的原因可歸納為以下幾點(diǎn)：1）絕緣套管在使用期間出現(xiàn)表面裂紋，導(dǎo)致油氣、水分、金屬雜質(zhì)等在裂紋內(nèi)堆積；2）絕緣墊片處理不當(dāng)，導(dǎo)致絕緣漆涂抹不均，此外安裝不當(dāng)同樣可引發(fā)故障問(wèn)題；3）軸承座背部螺栓孔環(huán)氧樹脂塞尺寸不當(dāng)，導(dǎo)致螺栓孔與環(huán)氧樹脂塞間存在裂紋間隙；4）絕緣板因長(zhǎng)期暴露在油氣環(huán)境下而絕緣性能不足，在水分、油氣長(zhǎng)期作用下出現(xiàn)絕緣失效現(xiàn)象；5）潤(rùn)滑油質(zhì)量不足，導(dǎo)致水分及金屬雜質(zhì)超標(biāo)；6）發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備絕緣檢修清潔度不足，導(dǎo)致金屬雜質(zhì)在檢修期間混入設(shè)備結(jié)構(gòu)內(nèi)部；7）在檢修期間采用檢漏液，在檢漏液作用下導(dǎo)致絕緣墊片絕緣效果喪失。若在日常檢修中發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)存在勵(lì)端軸瓦絕緣失效隱患，須將故障發(fā)電機(jī)型號(hào)編號(hào)、隱患現(xiàn)象、相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)等詳細(xì)記錄，形成《660MW 發(fā)動(dòng)機(jī)勵(lì)端軸瓦絕緣失效故障記錄單》，為絕緣失效故障處理提供依據(jù)，并借助記錄單的方式形成檔案，便于后續(xù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

3.2 故障處理措施

根據(jù)上述絕緣失效原因總結(jié)，絕緣失效故障專項(xiàng)處理小組制定了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。1）定期更換絕緣套管，在發(fā)動(dòng)機(jī)日常檢修期間增加絕緣套管質(zhì)量檢查步驟，及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣套管裂紋問(wèn)題，在引發(fā)絕緣失效前解決絕緣套管表面裂紋；2）涂抹絕緣墊片絕緣漆時(shí)，采用3 次噴漆方式，代替現(xiàn)有一次噴涂工藝，使絕緣漆均勻涂抹，此外，為避免絕緣墊片力矩過(guò)緊，以30%、60%、100%為擰緊力矩節(jié)點(diǎn)分3 次緊固；3）更換軸承座背部螺栓孔環(huán)氧樹脂塞，按螺栓孔尺寸形狀進(jìn)行加工處理，且將環(huán)氧樹脂塞納入設(shè)備日常檢修作業(yè)中；4）檢修期間拆卸所得絕緣板應(yīng)烘干處理，降低絕緣套管內(nèi)油氣、水分含量，以此避免絕緣失效問(wèn)題；5）通油前全面檢查潤(rùn)滑油質(zhì)量，潤(rùn)滑油品質(zhì)達(dá)8 級(jí)以上方可應(yīng)用；6）加強(qiáng)對(duì)檢修過(guò)程的控制，增加異物檢查環(huán)節(jié)，若發(fā)現(xiàn)金屬雜質(zhì)等異物進(jìn)入設(shè)備結(jié)構(gòu)內(nèi)，須立即清理，通過(guò)提升檢修清潔度，避免絕緣失效故障；7）運(yùn)用氦質(zhì)譜查漏方式取代檢漏液查漏手段，避免檢漏液對(duì)絕緣性能導(dǎo)致影響，并提升了查漏精度[4]。處理絕緣失效故障問(wèn)題時(shí)，須依據(jù)《660MW 發(fā)動(dòng)機(jī)勵(lì)端軸瓦絕緣失效故障記錄單》確定可能存在的故障源，根據(jù)故障現(xiàn)象進(jìn)行針對(duì)性探查，以此提高故障處理效率。完成故障處理后，補(bǔ)充《660MW 發(fā)動(dòng)機(jī)勵(lì)端軸瓦絕緣失效故障記錄單》，將故障分析過(guò)程、故障處理方法、處理效果跟蹤等情況記錄在內(nèi)，除此之外，開展技術(shù)培訓(xùn)等活動(dòng)時(shí)，可根據(jù)《660MW 發(fā)動(dòng)機(jī)勵(lì)端軸瓦絕緣失效故障記錄單》內(nèi)容組織案例分析活動(dòng)，以此全面提升技術(shù)人員勵(lì)端軸瓦絕緣失效故障處理能力。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在該QFSN-660-2-22B 型號(hào)660MW 發(fā)電機(jī)運(yùn)行期間，出現(xiàn)了勵(lì)端軸瓦絕緣失效故障，為確保故障處理效果，須在明確發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行故障分析，并采用故障記錄的方式收集故障數(shù)據(jù)，根據(jù)常見故障原因進(jìn)行研究，最終總結(jié)出導(dǎo)致660MW 發(fā)電機(jī)勵(lì)端軸瓦絕緣失效的原因主要包括套管裂紋、墊片安裝不當(dāng)、絕緣板性能不佳等，在處理時(shí)應(yīng)以故障原因?yàn)橐罁?jù)，以此保證處理效果，完成本次660MW 發(fā)電機(jī)勵(lì)端軸瓦絕緣失效故障處理后，對(duì)該發(fā)電機(jī)進(jìn)行后續(xù)跟蹤，發(fā)現(xiàn)其并未出現(xiàn)絕緣失效隱患現(xiàn)象，處理效果良好。