300MW发电机增容情况介绍.pdf

3 0 0 m w发电机增容情况介绍 3 o o mw发电机增容情况介绍 周继兵 ( 华能上海石洞 口第一 电厂 ，上海2 0 0 9 4 2 ) 0 摘 。要】通过分析3 o 0 mw发电机存在的 问题 隋况进行分析 。 - - 誓 00 0 l ；【 关键词】发 电机增容 运行 故障分析 1 前言 我厂 1 号 、2 号 、3 号 、4 号 汽 轮发 电机 原 为上 海 电机厂七十年代 自行设计制造的qf s 一 3 0 0 2 双水内 冷汽轮发电机。4 台机组分别干1 9 8 7 年1 2 月、1 9 8 8 年 1 2 月、1 9 8 9 年9 月、l 9 9 0 年5 月投入运行。2 0 0 3 年 ， 我厂汽轮机组进行增容改造 ，发 电机容量从原来的 3 0 0 mw扩 大 jj 3 3 0 mw ，改 造 工 作 由上海 汽 轮发 电 机有限公司( 前身上海电机厂)负责，4 台机组增容 改造后分别于2 0 0 3 年6 月、2 0 0 5 年6 月、2 0 0 7 年5 月、 2 0 0 9 年 1 月投入运行 。 2 改造前发电机存在的问题 q f s 3 0 0 。 2 型双 水 内冷发 电机 存在 着定子 铁心端 部压圈易发热、进相运行能力低、端部线圈绝缘水平 低 ( b 级 )的弊病 ，同时存在定子线圈绝缘水管尺寸 不规范、转子钢丝编织绝缘水管不符合要求、汇水母 管的排污 口偏小等问题。 定、转冷系统水路发生堵塞的情况基本每台机组 都 发生 过 ，有 的甚至 造成 跳机 ，如 1 9 9 0 年 7 月5 日， l阐 述增容改造的必要性 同 时对改造后发誊的馥障 3 号发电机在运行中突然内部 冒火 ，爆炸 ，保护动作 跳 闸 ，机 组停 运 ，原 因为进 口滤 网破 裂( 滤 网系上海 电机厂随 机 附件) ，进 入定 子线 圈 内冷 水路突 然局面 阻塞 ，线棒及端部接头严 重过 热产生汽化现象 ，引起 漏 水 ，造成 三相短 路 。2 0 0 0 年 1 2 月1 2 日，1 号发 电机 定子线圈第5 4 槽温度高 ，冒烟，有焦味，停机处理 ， 经 流 量试 验 ，该 槽流 量偏 低 ，即反 冲洗 ，发现 一长 1 5 mm、宽4 mm、高5 m m的铜焊渣及3 根长3 0 mm、粗 l mm的金 属丝堵塞 了水 回路 ，为 制造厂遗 留物 。4 号 发 电机分 别于 1 9 9 5 年 1 2 月5 日、2 0 0 6 年2 月7 日发生 因 转 子引线包扎物松脱卷进刷架起火 的跳 机事故 。 因此 ，结合增容改造 工作 ，对这些存在 问题 进行 反措 ，也是改造的 目的之一 。 3 增容改造范围 3 1 定子改造 3 1 1 更换 全部上 、下 层定子 线棒。参照 引进技 术同等级电压绝缘厚度改变铜线线规 ，线圈直线部分 不含绝缘层高5 3 mm，宽2 2 3 mm，线圈端部部分不含 璺箜! ! 塑 圃 电力技 术 绝缘层高4 6 7 mm，宽2 2 3 mm，绝缘层 ( 单边)厚度 为5 m m。铜线截面积增大，降低了定子铜耗 ，发电机 效率从原来的9 8 6 提高n ij 9 8 7 。 3 1 2 定子线棒( 单匝) 按f 级绝缘材料制造 ，主 绝缘从 原b 级 多胶粉 云母 带改 为f 级桐 马环氧粉 云母 带( 温升按b 级考 核) ，实一 c , n 线从原二 根一换位 改为 一 根一换位 。 3 1 - 3 在原定子铁芯端部压圈外加装铜屏蔽 ，在 铜屏蔽 内圆损耗密度较高处用空心铜管与铜屏蔽焊接 后通水以加强冷却。另外在发电机两端机座外壁上加 装磁屏蔽 。 3 1 4 更换并重新设计定子连接线结构，使结构 更加可靠 。 3 1 5 更换并重新设计 支架及定子线棒端部 绝缘 件 ，使端部更加 可靠 。 3 1 6 重新进行定子线棒槽内固定设 计 ，槽 楔下 使用绝缘弹性波纹板 ，使定子线棒在槽内有良好固 定，部分槽楔上开有i j , ：f l ，以便检修时可测量波纹板 的压缩度以控制线棒松紧度，槽部侧面垫紧半导体 板 ，使定子线棒与槽部接触 良好。 3 1 7 定子槽内层问测温元件及出水小元件全部 更换为p t 1 0 0 电阻元件。 3 1 8 增加铜磁屏蔽的测温 元件。 3 1 9 更换所有检漏板，并有标记。 3 1 1 0 两侧汇水母管更换为不锈钢母管 ，将原 总进水管改为整园式不锈钢总进出水管，上方开排气 孔 ，下方加大排污孔 。 3 1 1 1 定子端部绕组分相绑扎 ，定子绕组端部 进行模态试验 。 3 2 转子检修 3 2 1 转子返厂更换滑环及 引线 ，并做动平衡。 3 2 2 原钢丝编织绝缘水管全部更换。 3 2 3 转子大护环探伤试验 。 4 增容改造前后的发 电机主要参数比较 参数名称 改造前 改造后 发 电机铭牌 qf s - 3 0 0 -2 q f s - 3 3 0 -2 额定容量( mv a ) 3 5 3 3 8 8 额定功率( mw1 3 0 0 3 3 0 囹 2 0 0 9 7 第7 期 参数名称 改造前 改造后 功率因素 0 8 5 o 8 5 额定电压( k v) l 8 l 8 额定电流( a ) l 】 3 2 0 1 2 4 5 3 转速( 转 分 ) 3 0 0 0 3 0 0 0 满载额定励磁 电压( v) 4 6 0 5 2 1 满载额定励磁电流( a ) 1 8 5 0 1 9 8 0 空载额定励磁电压( v) 1 4 0 1 4 5 空载额定励 磁电流( a ) 6 3 5 6 3 4 强励顶值励 磁电压( v) 9 2 0 1 0 4 2 强励顶值励磁 电流( a ) 3 7 0 0 3 9 6 0 最大强励 时间( 秒 ) 1 o 1 0 定子电阻( 指 明何温度下) 2 2 4 1 0 。 欧姆 相( 1 5 度) 1 8 6 +1 0 。 欧n ( 1 5 度) 转子电阻( 指 明何温度下) 0 2 i 6 欧姆( 1 5 度) o 2 2 6 欧姆( 1 5 度) 直轴 同步 电抗( ) 2 2 4 2 4 7 _3 o 交轴 同步 电抗( ) 2 4 2 9 直轴暂态 电抗( ) 2 6 2 9 5 交轴暂态 电抗( ) 4 7 8 直轴次暂态电抗( ) 1 6 5 1 1 8 交轴次暂态电抗( ) 1 8 定子漏抗 ( ) 1 4 0 1 1 5 6 负序电抗 ( ) 2 o 1 4 2 1 9 o 零序电抗 ) 8 8 2 9 7 0 电枢绕组短路时 间常数( 秒) 0 2 7 6 直轴开路暂态时间常数( 秒) 8 8 0 6 8 _ 3 9 交轴开路暂态时间常数( 秒) 0 9 3 2 直轴开路 次暂态时间常数( 秒) 0 0 4 6 交轴开路次 暂态时问常数( 秒) 0 0 7 5 直轴短路暂态时间常数( 秒) 1 0 2 0 0 9 9 9 交轴短路暂态时间常数( 秒) 0 1 7 直轴短路次暂态 时问常数( 秒) o 1 2 7 o 0 3 5 交轴短路 次暂态时间常数( 秒) 0 o 3 5 机组转动惯量( t - m) 8 5 0 0 发电机效率( ) 9 8 6 9 8 7 5 安装及改造后运行中发生的问题 2 0 0 2 年 1 1 月2 9 日，1 号 机组改造 工作开始 ，按 照 制造厂原来的现场施工进度 ，总工期需要7 5 天 ，但由 于是第1 台机的改造 ，在安装制造过程中碰到的问题 比较多，因此现场工作持续了1 2 1 天才结束，其中碰 到的问题 主要有 ：线棒到厂后 ，发现 表面附着锡 箔， 需用砂皮砂清并用低电阻漆涂一遍 ，现场不具备条 件，线棒返厂进行处理 ；在膛内未桥接时做交流耐压 试验 ，有四根线棒分别发生击穿情况，重新处理，总 烘温度达不到修理规范要求 ；定子 引出线铜排与原封 闭母线接头发生错位等问题。 2 0 0 5 年3 ) 7 2 2 日，1 号机组正在满负荷稳定运行， 突然 发 电机保 护动 作跳 机 。经过 排查 ，确认 一次 系 统有接地现象。转子出膛后检查确认为励n1 1 点钟位 3 0 0 mw发电机增容情况介绍 置 ，距 1 撑槽槽 口约 1 8 公分 的下 层线棒主 绝缘 被磨 损 并打穿 ，下层线棒的垫块绑扎有多处松动、绑扎带断 裂，励侧支架连接线绑扎多处松动，黄粉磨出，尤其 在励 左下出线桩头处呈大量喷洒 状 。汽侧有几挡 间隔 垫块 已松动 ，但无掉落 ，4 9 槽有l 根在p i, r 角表面有 1 处2 0 2 5 左右深坑 ，坑深 约3 - 4 mm左右( 上 层 )。 下 层1 线棒 出膛检查 ，线 棒汽侧铁芯槽 内部分侧 面的 主绝 缘被大面积严重磨损 ，凹陷深度达2 m m之多 ( 见 下图 )。 上层线 棒全 部 出膛 后 对下 层 线棒 进 一步 检 查发 现 ：1 、2 、3 、5 4 # 线 圈出槽 口1 5 0 - 1 7 0 mm处有 明显主绝缘磨损痕迹 ，其中击穿的下层线 圈1 在 1 5 0 - 1 7 0 mm痕迹 较深 ，达 ： l 3 - 4 mm左右 ，其 它深度 不一 。分析 原因为发 电机改造时所 使用的适形材料失 效或调和配 比不对 ，造成不能 固化 ，还是 软的 ，导致 固定线 圈的基础产生缝隙 、发生移 动 ，线 圈震动使 线 圈主绝缘被 大面积严重磨损 。在抢 修处理 中共计 有 1 1 根线棒调换新线棒，对两侧端箍与支架之间、线圈与 端箍之间紧固度重新处理和加强，使用合格的适形材 料对 上、下层线 圈进行绑-t l ) ： n 固。抢修工期为2 3 天 ， 机组转入c + 小修 。 吸取 了l 号 发电机改造 时的 教训 ，后 几台机组 改 造 中碰 到的问题相对较少 ，但 在安 装 中多 多少少 也发 现一 些设备质量问题或安装 问题 ，要求制造厂进 行更 换或重新加工，但有的问题还是在机组运行一段时间 后才得以暴露，如2 号发电机2 0 0 8 年8 月1 0 日高阻检漏 板多次报警，经查发现定子励端6 点半处沿汇水管有 水 跌落 ，2 号发 电机 即停机进行 处理 。拆 下端盖 后发 现励端拌 1 1 槽上层线棒空心铜管焊缝处有泄漏点，停 机两天连夜进行抢修处理。根据上海电气电站设备有 限公司上海发电机厂 ( 原上海汽轮发电机有限公司) 原因分析报告 ，发电机定子线棒鼻端钎焊缝的接头采 用手工火焰钎焊 ，3 0 0 mw级及以下级发电机产品定 子线 圈接头 大部分采用此设计 结构和制造工艺 ，至 目 前采 用该技 术 的发 电机 约3 0 0 多 台 ，接头钎 缝发生 泄 漏是极个 别现象 ，此接头设 计结构和制造 工艺是 合理 可 靠 的 ，但不 可 否认 存在 手 工火 焰钎 焊操 作 的分 散 性 ，也有可 能 与接受 电磁冲击 力有关 。3 号 机小修 时 发现励侧端部压圈焊缝处有发热起壳现象 ，分析是焊 接面少引起 ，已重新补焊过 ，待下次停机后再检查。 4 号发 电机是 最后 一台增 容改造 的机 组 ，改 造工 作于2 0 0 8 年1 0 月1 7 v i 开始 ， 2 0 0 9 年 1 月8 日完成各项 电气启动试验工作 ，于 1 月9 日并入 电网 。 2 0 0 9 年2 月9 日9 ： 0 4 ，我 厂4 号 发 电机 负荷2 5 0 mw 时 ，突然发生发 变组 保护动作跳机 ，经查 为发 电机定 子接地保护动作。通过故障录波分析出故障位置在b 相 ，经排查 ，确认是发电机b相第 1 组线圈接地。将 发 电机端 盖 打开 后 ，对 端部 进 行检 查 ，发现 汽端 上 部支架与支架之 间有三处绑带断 ( 5 3 5 4 ，4 4 - 4 5 ， 5 6 ) ， 另有 二处 绑 带 发 黑有 烧 灼 痕迹 ，励侧 靠 近 ( 面对 定子左手 )9 -1 2 点钟位置绑带连续多处断 ( 1 2 1 3 ，9 1 0 ，6 7 ，3 4 ，1 5 4 ，3 9 4 0 ，3 6 3 7 ， 3 7 - 3 8 ，3 0 3 1 )。现场无黄粉发现。转子 出膛后发 现在4 1 号槽( 从汽侧方向看9 点位置 )靠汽端出槽 口 3 0 0 mm处下 层线 棒 上表 面有 一道 细长 的 凹槽 ，紧靠 凹槽处 的垫块 被击穿 ，线棒 上表面 爬 电迹象 明显 ( 见 下图)，将4 1 槽线棒两端解开后测绝缘，测得绝缘为 0 ，其 它 线棒测 得绝缘 为2 0 0 0 m q，判 明 引起 定子接 电力技术 地 故障的原 因为4 号发 电机定子b x h 4 1 号槽汽 侧下 层 线棒出槽 口3 0 0 mm处主绝缘 贯穿性 出穿并通过线棒表 面低阻层接地 。 对 4 号 发 电机 定子b 相 接地 故障处 的4 1 号 槽下 层 线棒进行了解剖 。解剖采用 了分层剥离的办法 ，总共 剥离了5 层 ，每层1 毫米左右 ，发现故障点线棒主绝缘 处有一条长3 0 mm，宽3 ram，深5 mm的凹槽缺 口，该 凹槽截面呈圆弧形 ( 似ni ke 标记)，且各层缺 口边 缘整齐，并逐层缩小，同时在第五层绝缘处发现了绝 缘击穿 点，确认该击穿点即导致本次定子接地故障的 故障 点。在解剖过程 中，用磁铁吸到 了几颗微小的铁 磁性颗粒 。定子铁芯处未 见烧损痕迹 。 华东 电力试验研究所对故障处的绝缘材料 剖面进 行了光学显微镜观察，发现烧损绝缘层与非烧损绝缘 层边缘存在很大差异 ，非烧损边缘平直 整齐 ，类似机 械损伤形成 ，而烧 损处边缘 曲折不规整 。 经各方专家及技术人员分析 讨论 ，对于该 故障点 的形成有二种看法 ，第一种认为是 由于 在现场 绑扎过 程中带入了铁磁性金属异物，附着在线棒表面 ，发电 机运行期间该异物 在磁场 和鼓风 的相互 作用下 ，逐渐 圈 2 0 0 9 7 第7 期 磨损线棒绝缘 ，随着线棒主绝缘的逐渐减薄，最终导 致线棒绝缘击穿。由于故障点靠近端部，磁场及风力 情况比较复杂 ，因此 ，金属粒子磨出了这种轨迹， 轨迹从绝缘层表面到内部逐步有规律地变小，直至击 穿。第二种认为 ：线棒绝缘可能在原先发电机制造厂 从线 圈制造 、包 装运输或定子嵌线等投运前 的过程 中 受 到机械类损伤 ，线棒单边绝缘 厚度5 2 mm的有效尺 寸已减薄至0 5 mm，但在短时的交流耐压情况下是不 会立刻击穿的，在机组运行1 个月内，该损伤点绝缘 在磁场、电场及风力等因素的作用下，局部放电加速 绝缘性 能下 降 ，最 终经 受不住 1 8 k v高压 造成绝缘 贯 穿，再经线棒表面低阻防晕层通道与端边铁芯直接放 电拉弧灼伤绝缘碳化形成上述状 况。 对于 多处 出现 绑 带断 的情 况 ，发 电机厂 分析 认 为 ，对于 出槽 后线 棒 问 固定 压块 绑带 ( 定 向玻璃 丝 带 )出现多处断裂的问题 ，可能是用涂环氧的方法没 刷透引起的 。这次故障与绑带断应该不存在联系 ，所 断 的绑带均 是a、c相的 ，只有 一根是 b 相 的。抢修 时 对所有 的绑 带进行更换 ，采用先浸好漆再 绑扎 的办 法。 3 0 0 m w发电机增容情况介绍 在抢修处理 中，拉出上层线棒2 3 根 ，在现场进 行防晕层修复处理 。修复后进行线棒耐压试验 ，交 流 为 ：4 0 5 k v，1 mi n ；直 流为 ：5 4 k v，1 mi n 。线 棒 试验 合格后 继续使 用 。新 线棒 1 根 ，作 为4 1 号槽下 层 线棒 。定 子进 行 了清 理 ，修 复剩 余线 圈 的防 晕 层 。 定 子 内 剩 余 线 圈及 新 嵌 入 下 层 的 线 圈打 耐 压 ，交 流 ：3 5 5 k v，1 mi n 。上 层重新 嵌 入的 线 圈打 耐 压 ： 3 3 5 k v，l mi n 。耐压试验后又进行了铁损试验。全部 安装工作结束后 ，进 行 了定子绕组的局放 测试 ，局放 试验 合格 。 从事故发生到抢修工作结束机组并网，总耗天数 1 7 天 ，耗11 3 9 6 j , 时 。 6 总结 应该讲 ，发 电机 增容改造存在一 定的积极意义 ， 改造中更换了全部上、下层定子线棒 ，参照引进技术 和电压等级相同绝缘厚度改变铜线线规，使铜线截面 积增大，降低定子铜耗，提高发电机效率，发电机的 性能指标能达到预期的 目的。从整个汽轮发电机的改 造效果看 ，在节能降耗方面，以1 号机组为例，改造 后机组发电煤耗从3 4 5 克 度降 k lj 3 2 6 克 度 ，节能效 果 明显 。同时 ，拓宽 了机组互相之 间负荷调节 、分 配 的范围，在迎峰度夏期间遇电网负荷紧张情况时 ，能 确保增加 出力 ，满 足电网需要 。 作为双水内冷机组 ，其最大的问题是端部易发 热 ，不能进相运行。在改造中，定子铁芯端部压圈外 加装了铜屏蔽 ，在铜屏蔽内圆损耗密度较高处用空心 铜管与铜屏蔽焊接后通水以加强冷却，在发电机两端 机座外 壁上加 装磁屏蔽 ，这 些措施都有利于 改善端 部 漏磁分布 ，降低铁芯温升 。从 改造后发 电机温升试验 结果可 以看 出，对定子 铁芯 ，由于漏磁 的原 因 ，靠近 湍部的温升略高，而中部的温升则略低。在额定负荷 功率因数0 9 1 0 9 2 的工况下 ，铁芯齿部和轭部最高 温度与最高温升点与额定限额相比，温升裕量有限， 但如果不进行改造 ，加强冷却，可能已超额定温升限 额 。与铁芯相 比 ，线 圈的温升余量还较大 。改造后定 子端部模态试验结果标明，振动频率在合格范围以 内 ，符 合反措要求 。 安 装和运行 中发 生的问题 ，一方 面是制造厂的制 造工艺不到位引起的，另一方面是因为在电厂现场制 造 ，现场到处在施工，环境的清洁程度肯定与制造车 间有着很大的差异，有