MW进口发电机线棒改造研究及应用(已校)

1、.600MW进口发电机线棒改造研究及应用倪霄峰（国电浙江北仑第一发电有限公司浙江省宁波315800）【摘要】国电浙江北仑第一发电有限公司2号发电机是法国ALSTOM公司进口的600MW发电机，投运至今已有14年。2006年2号发电机运行中发生定子线棒绝缘故障，严重影响了机组的安全稳定运行。为彻底解决线棒绝缘问题，决定对发电机线棒进行改造。本文对线棒故障的原因进行了分析，对线棒改造的可行性进行了研究，并介绍了定子铁芯局部修理的新工艺，对今后大型发电机的改造具有借鉴作用。【关键词】600MW 发电机 线棒 改造1设备概况国电浙江北仑第一发电有限公司2号发电机是法国ALSTOM公司产品，其中定子由北

2、京北重汽轮电机有限责任公司组装。发电机型号：T264640，视在功率：690MVA，功率因数：0.9，额定电流：19919A，额定电压：20kV，绝缘等级：F，冷却方式：水、氢、氢，励磁方式：旋转二极管 无刷励磁。1994年投入运行。2改造原因2006年5月5日，2号发电机正常运行时发生定子线棒绝缘故障，故障导致励侧两根线棒主绝缘损坏，故障点附近的定子铁芯局部受损。从线棒解体情况看，线棒端部绝缘呈松散状态，没有整体固化，导致运行中绝缘逐渐劣化。主要原因是线棒端部绝缘采用液压工艺，整体紧力不够。在修复过程中，又有9根线棒绝缘不能承受直流24kV耐压试验而击穿，最后整机只进行了检查性的交流20kV

3、耐压试验。发电机降为二类绝缘设备，安全运行的可靠性非常低，随时有再次发生故障的可能性。3改造可行性研究故障发生后，公司对此高度重视，启动了2号发电机定子线棒整体改造的可行性研究。考虑到技术服务、备品配件、改造费用等方面的因素，我们进行了线棒国产化改造的相关调研和准备工作，委托上海汽轮发电机有限公司对2号发电机线棒改造进行可行性研究，并考察了上海汽轮发电机有限公司的线棒生产车间。方案完成后，邀请国内发电机专业的部分专家对方案的可行性进行了评审。专家认为上海汽轮发电机有限公司编写的北仑2号发电机线棒改造方案总体可行，但还存在以下几个主要问题：1）方案中空导线棒选用壁厚为1.25mm，上海汽发公司的

4、600MW发电机成熟技术的空导壁厚为1.35mm，因此1.25mm壁厚空导的制作技术是否成熟，还需要验证。2）由于原引线不更换，且没有原线棒设计图纸，线棒模具制作尺寸确定主要靠实际测绘，安装时可能会出现线棒与引线接口错位的问题。3）上海汽发公司对ALSTOM机组的结构性能不熟悉，没有改造经验。改造工期较长，三班倒24小时连续作业需要55天。同时我们联系ALSTOM公司，要求提供2号发电机线棒改造的可行性方案。ALSTOM提供了两个改造方案，一个是采用原工艺的线棒进行整体更换，线棒端部主绝缘没有整体固化的关键问题还是存在。改造工期较长，两班24小时连续作业需要55天；另一个是采用前ABB工艺的不

5、锈钢空导线棒和端部锥体结构的改造方案，两班24小时连续作业工期35天。下面就这三个方案从制作工艺、结构特点、施工工期等方面进行综合比较： 方 案项 目方案一方案二方案三不锈钢线棒原设计的线棒线棒国产化制造厂ALSTOM（ABB技术）ALSTOM上海汽轮发电机有限公司线棒结构由两根单根线棒组成，每个单根线棒由二排铜导线和不锈钢空心导线组成。线棒换位采用改进型的罗贝尔交换编织，比原结构的损耗更小。由四排铜的实心导线和空心导线组成。由四排铜的实心导线和空心导线组成。由于绝缘层厚度增加，而孔导的内截面要保证，故选用壁厚为1.25mm的空导。上海汽发公司的600MW发电机成熟技术的空导壁厚为1.35mm

6、，因此1.25mm壁厚空导的制作技术是否成熟，还需要验证。线棒模压直线段和端部整体模压，一次成型。直线段整体模压，端部采用液压工艺，紧力不够，导致端部绝缘层分离，没有整体固化成型。直线段和端部整体模压，一次成型。槽楔槽口楔块采用凹形弹性楔块，使线棒受力更加均匀。平面楔块和波纹板结构。平面楔块和波纹板结构。水盒采用不锈钢水盒，水盒分成两部分，不锈钢管从水盒内部焊到底座上，然后再焊接水盒封盖。实心铜导线不进入水盒，解决了导线股间渗漏的问题。采用原设计，水盒采用铜精加工成型。水盒焊接工艺进行改进，焊料填充率由原来的5060，提高到90。水盒分成两部分，水盒套在导线上先进行焊接，检查无渗漏后，再焊接水

7、盒封盖。端部支撑系统采用轴向弹性的悬挂端部支撑系统。端部是一个整体的锥体结构，端部结构更加牢固，防振性能更好。原端部结构不变。原端部结构不变。引线原引线要更换。新的端部引线预先安装在锥体上，直接与线棒连接，施工比较方便。原引线不更换。原引线不更换。因为没有原线棒设计图纸，线棒模具制作尺寸确定主要靠实际测绘，安装时可能会出现线棒与引线接口错位的问题。改造经验已在南非、法国、美国等电厂成功改造20多台600MW发电机。线棒结构没有改变，只是对水盒制造工艺和焊接工艺进行改进。没有ALSTOM机组的改造经验。工期设计制作时间10个月10个月15.5个月现场施工时间35天55天55天现场施工一周六天，每

8、天两班12小时作业一周六天，每天两班12小时作业每天三班作业经济性能按一台机组每天发电量 1200万kW.h，利润按0.05元/kW.h计算，每天的利润为60万元。总体折合费用方案一比方案三的现场施工时间少20天，可以多创造利润1200万元。方案二与方案三的现场施工时间一致。费用最高。费用最低。经过综合分析比较，最终确定方案一为2号发电机定子线棒改造的首选方案。4技术特点ABB工艺的空导线棒及端部锥体结构的主要技术特点有：1）定子线棒定子线棒由实心铜导体和空心的不锈钢管子组成。空心导线采用不锈钢制作，与空心铜导线相比，能够有效防止空心导线内壁结垢、腐蚀的问题。线棒的主绝缘系统耐压值高，机械强度

9、大，抗老化性能好。无缝不锈钢管全部经过100的涡流测试。线棒采用改进的罗贝尔双540度交换编织。这种设计的特色是铜导线和不锈钢导线在线棒内部进行交换编织，减少损耗，提高了效率。不锈钢空导线棒比铜的空心线棒总体损耗下降200kW，发电机最大出力增加60MW。线棒水盒采用不锈钢材料，上下层线棒的电气连接和水回路连接是分开的。这样的结构能有效防止水盒内部因腐蚀产生的裂缝，从技术上彻底消除水盒漏水的风险。见图2。 图1 罗贝尔交换编织 图2 不锈钢水合2）槽楔线棒楔块采用凹形弹性楔块（见图3、4），上部楔块提供弹力。这种结构楔块紧力的调整，不需要拆除余下的楔块，全部的楔块可单独测试。ALSTOM的标准

10、大约10年后（大约80，000小时）进行重新调整楔块的紧力。与以前传统的采用平面楔块和波纹板结构相比，ALSTOM的双凹面结构的楔块能更好地为线棒提供均匀的压力。采用此结构槽楔的发电机允许大修周期间隔延长至10年，原2号发电机检修周期为六年，节约了发电机特殊项目的维修时间和成本。 图3 楔块组合 图4 槽内线棒断面结构3）端部支撑系统新的端部支撑系统是轴向弹性的悬挂支撑系统。该锥体是玻璃纤维材料经过车床加工出来的一个尺寸合适的整体，（代替以前原来结构中的喇叭口中的内环等）。见图5、6。 图5 锥体及引线 图6 励侧锥体结构端部支撑系统特点：l 足够的强度防止各部件之间的移动。l 紧固部件牢固能

11、承受电网短路引起的冲击。l 允许引线牢固加紧。4）硅钢片镶嵌工艺修复受损铁芯2006年2号发电机故障时导致励侧铁芯端部局部损坏。铁芯修补中，切除了铁芯端部受损部位的齿段，加工出鸠尾槽，再用新的硅钢片叠层结构，加工成相应的形状，镶嵌在切除部位，固定牢固，替代原来的铁芯。使用硅钢片镶嵌工艺修复受损铁芯，在国内是第一次使用，采用此工艺，技术原理先进，但加工精度要求高，施工难度大，运行经验少、风险大。而目前国内常用的修补方法是用环氧绝缘块加工成相同形状，镶补在受损部位。两者相比较，用硅钢片镶嵌工艺的“假齿”运行中也有磁路经过，实际上是参与工作的，其磁场分布相对均匀，更加接近实际运行状况。而环氧绝缘块镶

12、嵌的“假齿”无磁路经过，因此不参与工作。见图711。为了监视假齿的工作情况，防止运行中出现异常情况。我们分别在假齿部位安装了温度测点和振动测点，使运行中假齿的温度和振动值能够进行实时监控。见图12、13。 图7 镶嵌的硅钢片（假齿） 图8 假齿温度测点布置 图9 假齿装配图 图10假齿端部装配图 图11 修复后假齿 图12 假齿振动及温度测点 图13 振动测点引出线 图14 滤网上杂物5 改造的经验和总结发电机改造工作总体比较顺利。回顾整个改造过程，有不少经验值得我们去认真地总结和提高。1）设备的技术改造工作，要充分考虑新材料、新技术、新工艺的应用，不断提高设备的安全性、可靠性，提高设备的附加

13、值。2）目前发电机在线监测手段较少，随着技术条件的成熟，比如振动监测设备的逐渐应用，可以实现发电机振动的实时监控，有利于及时发现发电机早期的异常情况。2号发电机的振动实时值通过“北仑电厂600MW发电机振动监测分析与故障诊断系统”安装到相关用户的客户端，实现了远程实时监控。3）发电机线棒改造后，尽管对膛内事先进行防护，事后进行反复清理检查，总归在某些角落还是有一些异物。如果不有效清理掉，对今后的运行造成影响，严重的还会引发设备事故。我们在机组启动试验前进行了发电机的通风试验。在氢冷器外侧各安装了一道滤网，通过发电机转速的变化，使机内尚存的一些异物随高速旋转的气流循环停留在滤网上。发电机升速至3000r/min后停留1小时，然后转速下降至1200r/min停留3小时，然后转速下降至0，拆除氢气冷却器侧的滤网，发现滤网和安装滤网部位有一些绝缘杂物，进行了清理。见图14。4）对改造区域实施封闭式管理，专人24小时巡逻值班。施工区域搭建隔离围栏，发电机区域搭设检修专用平台及防尘室，减少了改造期间对发电机内部产生污染的可能性，减少了改造的风险。