防止发电机故障【京能集团反措课】PPT课件

1 发电机安全运行与反事故措施 华北电力科学研究院有限责任公司白亚民教授级高工国家电监会电力安全专家委员会委员兼发电机专家组组长 2 讲课主要内容 1 我国发电机行业近年的发展现状 2 大型发电机事故实例回顾 3 根据典型事故实例 讲解防止发生发电机重大事故的技术性措施 3 我国电力工业概况 当前我国电力工业已经进入大电网与大机组的阶段 火力发电厂是我国电力工业的主体 其装机容量占全国总装机容量的70 以上 其发电量占全国发电总量的80 以上 而且火力发电机组中600MW及1000MW大型汽轮发电机组是我国的主力发电机组 并且近几年大型发电机数量一直在快速增加 火力发电无论是单机数量还是发电总量依然是我国电网的发电主力 截至2012年底 全国发电设备容量114491万千瓦 其中 水电装机容量24890万千瓦 火电装机容量81917万千瓦 核电装机容量1257万千瓦 风电并网装机容量6083万千瓦 5 1000MW汽轮发电机最新情况 至2012年底 火电建设继续向着大容量 高参数 节水环保型方向发展 全国百万千瓦级超超临界火电机组投运已达60台左右 由于用电需求趋缓 1000MW级巨型发电机组已经出现经常性不能维持满负荷运行的情况 使机组平均运行效率达不到预期 超超临界机组的优势发挥欠理想 超超临界机组的安全运行问题存在许多未知数 6 大型汽轮发电机运行中的典型问题 600MW及以上容量的汽轮发电机除少数采用全氢冷外 基本上都是采用水氢氢冷却方式 氢油水系统的问题比较多 绕组端部松动造成绝缘磨损问题 因电压等级达20kV以上 绕组防晕问题 赶工期引起制造和安装质量方面的问题 7 关于发电厂反事故措施 原国家电力公司2000年左右颁布 25项反措 发电机部分以东北 华北 山东为主 随后正式出版 实施细则 在全国电力行业影响很大 起到了提高电厂安全生产水平的重要作用 以事故统计为基础 针对性强 目的在防止同类事故的反复发生 近些年 我国电力工业持续发展 单机容量从30万 60万机为主的亚临界 超临界机组 发展到单机66万和100万的超超临界机组 核电新上机组基本为100万等级 新上大量大型燃气轮发电机组 技术的进步和新的设备故障形式亟需对 25项反措 进行修订 各大发电公司根据自己情况分别制定了企业标准 国网公司发布了 发电厂20项反措 和 电网18项反措 中国电机工程学会正在组织专家修订 25项反措 8 发电机的故障原因分类 发电机故障属设计制造质量问题约占总量的1 2属于安装和运行的各占1 4 事故统计得出的发电机故障分类 10 表1的说明 表中的数据只是一个数据分析的例子 数据是大约20年前我国全部在运的300MW汽轮发电机发生的事故统计记录 近些年以600MW和1000MW发电机为主 情况有了很大变化 但是该数据分类仍然有一定代表意义 目前因为划分了很多发电公司 收集全国性事故统计数据比较困难 11 表1的说明 续 发电机本体有关的事故53次 占事故总数的38 4 而且与绝缘有关的事故占多数 53次故障中明确与绝缘有关的故障达20次 目前 大型发电机还是绝缘事故比较多 事故损失最大 励磁系统的事故率比较高 目前因为大量引进国外先进励磁系统 此类事故已经明显下降 制造厂统计2009年600MW发电机的等效非计划停运小时数 定子线棒漏水 发电机漏氢量大 定子水路堵塞 转子振动偏大 等老毛病大幅减少 但尚有一些群发性 频发性 潜在性的事故 制造厂统计 群发性事故汇总表 14 深圳宝昌电厂7号机故障情况 深圳宝昌电力有限公司7 发电机 150MW 定子接地故障 生产厂家GE ELIN GE公司指导安装调试 于2004年4月投产 运行相对平稳 截止本次事故前 总的运行时间为13802小时 2006年6月4日机组运行在基本负荷下 突然发生定子接地保护动作 燃机甩负荷后 机组解列停机 6月17日 将发电机转子两侧的风扇叶片拆除 并拆除发电机定子绕组最后一道挡风板 检查发现 1 在发电机定子绕组端部 透平侧 第15号线棒处 发现一处明显的电击穿痕迹 击穿位置在离定子铁芯大致8cm位置 同时该位置的波形弹性半导体垫片 SRS 伸出有12cm长 2 发电机定子线棒其它位置中也发现波形弹性半导体垫片 SRS 被挤出现象 经过仔细统计 在顶部线棒中所有的波形弹性半导体垫片 SRS 都已移出来 在底部线棒中 有30 波形弹性半导体垫片 SRS 有移动出来 15 制造质量问题照片1 主绝缘被伸出的波纹板破坏 16 定子绕组端部绝缘故障例1 浙江沿海某电厂3号机 600MW 2005年12月底投产 2006年1月停运检修 春节临修 此前并网运行共计1265小时 定子端部汽励两侧端部绕组各有1处绝缘烧损故障 两个故障点在汽励两侧的几何位置相同 在接近6点钟位置 绝缘碳化位置都在4 5号槽上层线棒之间的 距汽 励两侧端部槽口都约80cm 端部渐伸线上 故障现象为绝缘炭化 其中 5线棒汽侧主绝缘炭化较严重 主绝缘炭化深度约3mm 烧损线棒绝缘表面检查 烧损碳化只有主绝缘外层 内层无烧损现象 说明烧损碳化过程是从外向内发展 故障起点是在故障线棒绝缘外部 分析认定绝缘损坏主要原因是制造质量问题 特别是端部防晕层工艺不好 次要原因是发电机进油比较严重 运行环境不好 故障处理是现场更换了两根定子线棒 其后因端部防晕处理问题引发全国20余台同厂家 同型发电机的普查和现场检修 处理 17 制造质量问题照片2 端部严重局部放电 18 19 上电宁海电厂2 600MW等多台放电 2006年1月25日 宁海电厂2 运行1265小时后 停机检查时发现定子绕组汽励两端上层4 5号槽 隔相 渐伸线端部和第二道内撑环严重烧伤 最深处烧及线棒2mm深 整机起晕电压仅11KV 然后国华公司对宁海3 未投运 台山5 未投运 台山4 投运600小时 台山3 投运1300小时 进行抽转子检查也发现不同程度的类似问题 20 定子铁心故障实例1 广东沿海某电厂2号机 国产600MW 水氢氢冷却方式 运行大约2年后于2006年7月机组按计划停机大修 发现故障 励端8点到11点位置的定子铁芯边端有较多的黑色泥状油污 油污从11点位置处 18与19槽间 开始 至8点钟位置结束 沿转子旋转方向形成扩散状 检查发现在励侧铁芯边端 阶梯齿 靠近压指处的铁芯硅钢片齿部发生严重的片间松动磨损现象 磨损的硅钢片已磨成粉状 多处磨损分别形成蜂窝状 最严重处25 30mm 硅钢片磨损深15mm 20mm 有数十片硅钢片发生断齿 故障原因与制造质量有关 也存在严重的发电机进油问题 运行环境不好 故障的处理是整个定子返回制造厂大修 更换部分铁心片 21 制造质量问题照片3 铁心严重松动和磨损 22 23 国产大型汽轮发电机的定子铁心故障问题 历史经验 通常运行超过10年才出问题 目前有的新机运行不到两年 定子铁心即出现松动 磨损 缺齿等严重故障 甚至呈现群发趋势 近几年至少已经有4台600MW等级发电机为此大修定子 制造工期缩短和施工工艺控制问题为主 24 上电600MW等级定子铁心松动情况 定子铁心松动情况介绍2006年8月 广东台山2 发电机 励端定子边端齿压板处的部分阶梯铁心齿部出现松动现象 用手推挤该处铁心硅钢片齿部 可发现油污从硅钢片间被挤出 2007年11月 更换后的广东台山2 机组 出现的情况与2006年原 2发电机铁心被磨损的现象十分相似 只是铁心被损伤的程度不同 2009年4月 国华锦界2 发电机 励端阶梯铁心缺失严重 局部过热 端部阶梯铁心都存在不同程度的松动现象 个别部位延伸至直线铁心部分 2009年4月 吴泾1号机组铁心出现类似缺失 过热情况 25 转子制造质量问题 内蒙某电厂4号机 600MW 运行不到一年因振动过大 按计划停机检修 抽转子时有绝缘块从转子端部脱落掉出 经拔下护环检查 发现俗称 小扁担 的绝缘挡板没有安装销钉 致使部分绝缘部件脱离原位和脱落 26 制造质量问题照片4 转子绝缘板没有安装固定销 27 定子线棒绝缘损坏故障实例2 广东沿海某电厂2号机定子绕组运行中定子一点接地报警 停机检修 通过直流耐压试验找到放电点 是米粒大铁磁性异物运行中发热和振动造成汽侧下层 2线棒局部绝缘损伤产生爬电 更换故障线棒过程中 厂家工作人员野蛮施工 致使另一根下层线棒绝缘被砍伤 为此在现场更换大量线棒 28 定子绕组端部绝缘故障例2 29 制造或安装中的问题照片 线棒主绝缘被金属异物破坏 30 故障点绝缘解剖照片 31 耐压试验时发现另一线棒绝缘因施工被破坏 32 新机铁心温度异常情况 漏装挡板造成 2006年9月投产 从并网带负荷开始 铁心温度偏高 除端部温度正常外 中段铁心8个测点除一个测点可能损坏外 其余测点温度都明显高于同型号机组 满负荷运行时 无功控制30MVA以内 才能保持铁心温度不超过110度 相同工况下 红外成像仪测外壳温度比同型机高20 左右 说明铁心大面积发热 同型号的机组 满负荷时 铁心温度一般为七八十度 33 安装质量问题照片 漏装挡板 缺失2块盖板 34 定子弓形引线烧断故障 多起 浙江沿海某电厂1号机 600MW 2006年4月投产 2006年9月运行中在满负荷情况下突发定子绕组接地保护动作跳机 事故起因是C相弓形引线水流量不足 造成C1分支局部过热熔断 然后C2分支承担了C相全电流 达到额定的1 73倍 单支额定电流9 62kA 导致C2支路 上层12 18线棒 下层37 1线棒串联 共14根线棒严重发热 其中7根下层线棒由于散热条件不如上层线棒 线棒出水温升尤其迅速 仅几分钟就使C2下层线棒过热 主绝缘损坏 C相对地短路 发电机保护动作跳机 为此更换了20多根线棒 包括下层7根 已先后有多台发电机发生同样引线烧断事故 分析确认直接原因是安装质量问题造成引线冷却水管过细 设计是38mm内径 实际是20mm 27mm 多数发电机幸运的因保护及时动作 事故损失较小 仅需要更换引线 少数发电机损失惨重 如山东1台发电机为此更换全部上层线棒和11根下层线棒 35 运行中弓形引线烧断事故照片 36 烧毁位置 37 发电机端部弓形引线烧断问题 以美国西屋制造技术生产的发电机为主 设计问题 并联水路长短互差过大 安装问题 需现场施工的内冷水管管径过细 未达到制造厂要求 制造厂也没有明确说明 至少8台发电机故障 属于群发性事故 38 发电机安装质量事故一例 某厂600MW汽轮发电机安装过程中 穿转子时 已经进入内膛的转子因钢丝绳滑脱造成转子一头下滑跌落在定子内膛上 使压指下沉以至压伤定子线棒绝缘 在随后的发电机耐压交接试验时一根线棒绝缘击穿 为此现场更换一根定子线棒 其他已受损的线棒在通过电气试验以后投运 但也计划更换 39 安装 调试质量问题实例 福建某600MW汽轮发电机抢工期进度 氢气干燥器没有投运就开始试运 转子绝缘电阻从合格变到不合格 再重新处理转子绝缘 反而影响了工期 甚至已经造成转子绕组内伤 山西某300MW汽轮发电机因安装失误 使机内大量进水 不适当的电气试验使转子绕组产生匝间故障隐患 40 运行和检修问题 发电机氢气爆炸 300MW及以上容量汽轮发电机 2000年以后至少6次爆炸事故 运行中1次 起机时1次 检修时4次 人身伤亡和设备损坏情况 氢气浓度4 75 和氢爆点火能量是爆炸前提 41 660MW超超临界汽轮发电机问题 2009年下半年至今已经发现多起新投产仅几个月的660MW发电机定子绕组端部松动磨损 外观检查以端部内撑环拉紧楔松动为主要特征 严重的已经绝缘击穿 不得不大面积更换线棒 引进技术生产 原工艺要求拉紧楔螺栓安装时测量弹簧垫片变形尺寸 为提高施工效率制造厂改为用紧力扳手 材料国产化后垫片刚度偏高 原紧力扳手设定使垫片变形不够 未出厂已经是松动的 群发性 涉及44台机 其中一台运行中发生接地事故 42 定子端部拉紧楔松动造成绝缘磨损故障 43 44 营口电厂 45 绕组端部振动问题导致绝缘事故 某厂1号机 600MW 2002投产 2007年10月运行中突发定子接地保护跳闸 停机检查发现下层 16线棒水电接头处烧穿 周围有大量熔化的铜颗粒 内端盖对应位置大片熏黑 端部存在明显的松动和磨损现象 如励侧端部有大量黄粉和部分严重松动的紧固件 更换两根下层线棒和全部上层线棒 抢修工期1个月 近年已发生多起类似事故 振动过大与制造质量 主要是施工工艺不良 有关 某厂 4发电机去年相继两次同样事故 目前已经安装振动测点监视运行 46 因定子绕组端部振动导致的绝缘事故 47 发电机定子绕组端部线棒绝缘磨损一台发电机典型故障原因及后果 进口500MW汽轮发电机定子绕组绝缘磨损至空心铜导体磨穿 内冷水箱大量漏氢 及时停机使故障未扩大 事故直接原因是端部线棒绑扎工艺不良