电厂电气专业技术讲课

电厂电气专业技术讲课第1页/共73页2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。第2页/共73页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绝对发电主力。第3页/共73页4截至2010年底，全国发电设备容量96219万千瓦，其中，水电装机容量21340万千瓦，火电装机容量70663万千瓦，核电装机容量1082万千瓦，风电并网装机容量3107万千瓦。第4页/共73页5大型汽轮发电机运行中的典型问题200MW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。第5页/共73页6

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第6页/共73页事故统计得出的发电机故障分类第7页/共73页8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。第8页/共73页9制造质量问题照片1

（主绝缘被伸出的波纹板破坏）第9页/共73页10制造质量问题照片2

（端部严重局部放电）第10页/共73页11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。第11页/共73页12制造质量问题照片3

（铁心严重松动和磨损）第12页/共73页13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。第13页/共73页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。14第14页/共73页15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。第15页/共73页16

制造或安装中的问题照片

（线棒主绝缘被金属异物破坏）第16页/共73页17故障点绝缘解剖照片第17页/共73页18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。第18页/共73页19耐压试验时发现另一线棒绝缘因施工被破坏第19页/共73页20安装质量问题照片（漏装挡板）缺失2块盖板第20页/共73页21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。第21页/共73页22运行中弓形引线烧断事故照片第22页/共73页23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。第23页/共73页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。24第24页/共73页25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。第25页/共73页26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。第26页/共73页27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。第27页/共73页28第28页/共73页29定子端部拉紧楔松动造成绝缘磨损故障第29页/共73页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。30第30页/共73页31因定子绕组端部振动导致的绝缘事故第31页/共73页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。32第32页/共73页33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，绑线细，绑块棱角锋利，同时设计存在问题。该发电机励侧端部绕组可能存在100Hz频率的共振现象。在现场更换了全部定子线棒，局部更新了定子绕组端部的紧固系统，为此共停机118天。

第33页/共73页34ThepartialofWornOutonBar第34页/共73页35第35页/共73页36定子线棒绝缘磨损问题发电机受到短路冲击后，应立即检查，运行半年至一年后应再次检查，例如，一台进口500MW发电机一次失磁事故后的情况：端部整体因受冲击当时未查出问题，半年后停机检查发现绝缘磨损故障。上次局部修复时挤出多余的环氧泥松动脱落，造成线棒严重磨损，见照片。第36页/共73页37第37页/共73页38防止定子线棒绝缘磨损的制造厂措施

绕组端部紧固系统设计和制造工艺问题汽轮发电机定子绕组端部结构采用新技术、新标准采用先进的绕组轴向可以自由伸缩的柔性支撑结构执行定子绕组端部固有频率和测量的新标准先进的端部紧固方式设计严格的施工工艺管理第38页/共73页39某电厂300MW汽轮发电机实例检修中发现定子绕组端部严重松动（4根支架螺栓脱落、12根螺栓松动、6处线棒绝缘磨损，其中一处露铜）。修复前模态试验，存在101Hz的七瓣振型（模态阻尼1.58%）和112Hz的八瓣振型(模态阻尼1.88%)，端部松动与共振可能有关系。检修中修复了绝缘，重新紧固了端部，复测模态时发现从89.5Hz~137.9Hz之间无固有频率，原有的固有频率模态阻尼从不到2%升高到4.45%，达到比较理想的端部结构状态，既证明了检修的效果，也说明发电机出厂时端部结构应该是合格的，运行几年后逐渐发生松动，端部线棒的固有频率和模态随之改变，因为有了靠近双倍频的振型，更加重了松动和磨损的程度。这一例子说明，出厂时端部结构测试合格的发电机，运行一段时间后可能会发生变化，定期检查端部结构和进行模态试验是必要的。

第39页/共73页40防止定子线棒绝缘磨损的检修措施

加强预防性检修仔细检查发电机定子绕组端部的紧固情况查找是否有绝缘磨损的痕迹，尤其是发现有环氧泥时，借助内窥镜等工具进行检查第40页/共73页41防止定子线棒绝缘磨损的在线监测措施

开展状态检修监视发电机运行监视发电机定子内冷水系统的漏氢情况（GB/T7064）对内冷水箱中含氢量进行监测建议安装发电机在线监测漏氢浓度的装置第41页/共73页42监视发电机定子内冷水系统中漏氢情况意义重大定子内冷水箱中有氢气逸出表明：可能线棒绝缘磨损水接头密封失效焊缝开焊绝缘引水管损伤等水系统泄漏可能引发相间或对地短路事故。2008年发布的新版GB/T7064《隐极同步发电机技术要求》：水箱上氢气浓度2％报警、10％申请停机。第42页/共73页内冷水系统故障最新典型案例我国某电厂一台1000MW超超临界火电机组，日本日立公司生产，自2006年(投运不到一年)发现定子内冷水进水压力逐渐升高、流量逐渐下降。具体数据：2006年11月27日水压374kPa时水流量128t/h，到2007年8月26日压力485kPa而水流量仅119.2t/h压力增加约30％，水流量反而降低7％43第43页/共73页内冷水压力、流量及启停时间曲线

44内冷水进水压力内冷水进水流量机组启停时间44第44页/共73页空心导线堵塞情况将部分绝缘引水管拆下，用内窥镜由定子线棒鼻端水电连接头处对空心导线进行检查。检查发现：已拆开的4根线棒汽侧（出水端）堵塞严重，部分空心导线接近堵死；励侧（进水端）检查未发现明显异常。45

汽侧（出水端）线棒空心导线照片45第45页/共73页堵塞物化验成份含量Cu（%）72.05Fe（%）0.48总硬（%）4.95备注换算后：CuO：90.05%，Fe2O3：0.69%，总硬:4.95%，P2O5:0.13%,SiO2:0.0085%，主要成分是铜。46对冲出的黑色粉末状物质进行化验，其中铜元素占72.05%，换算为CuO占90.05%，说明堵塞物主要为铜腐蚀生成。46第46页/共73页47水内冷绕组水路堵塞故障分析堵塞的化学形成机理：内冷水对管壁的腐蚀生成的铜离子结垢，有时可反冲出絮状物（铜化合物），在同样水压下有水流量明显减少现象。另一种是异物进入水系统，如某电厂600MW新机168时烧损线棒，找到堵塞物餐巾纸。气堵：过热水蒸汽或其他气体气泡聚集。第47页/共73页48部分厂家对水质的要求（参考）铜线：中性贫氧系统含氧<20ppb,PH7离子树脂更换期12~15月,若达到以下值时更换树脂:系统水导电率>0.5μs/cm，离子交换器出口水导电率≥0.2μs/cm，系统中含铜≤20ppb，离子交换器出口含铜≤5ppb。第48页/共73页49水酸碱度与铜线腐蚀的关系曲线第49页/共73页50内冷水质控制标准和实际情况内冷水标准：DL/T801-2002规定pH值7～9，含铜量<40g/L，电导率<2S/cm。研究表明：理想情况pH值是8～9腐蚀最小，含铜量应该能够做到<20g/L，电导率则放宽到2.0S/cm，否则pH值很难高于8。该标准已经被修订为2010版。2008版GB/T7064：pH值8～9，含铜量<20g/L，电导率0.4S/cm～2.0S/cm水质控制情况：目前大量电厂pH值达不到8，甚至低于7.5，需要对水处理设备进行改造。第50页/共73页pH(25℃)电导率(1)

(25℃)μS/cm含铜量μg/L溶氧量(2)μg/L8.0～9.00.4～2.0≤20——7.0～9.0≤30注：1为防止pH过低设定下限。2仅对pH<8时控制。2010年发布的DL/T801-2010中关于空心铜导线内冷水控制规定51第51页/共73页DL/T801-2010中

关于空心铜导线的几点说明：将pH值由7升至8时，铜的腐蚀率可下降为1/6；由从8升至8.5时，腐蚀率下降为1/15。提高PH可采用Na型混床、补凝结水、精处理出水加氨、加NaOH等方式。因直流泄漏和耐压试验需要，可临时将电导率降至0.4以下。

52第52页/共73页53防止内冷水管路堵塞措施严格按照厂家要求和最新标准控制内冷水水质，当检测出水质不合格时需要采取措施和加强检测频度，必要时更换水处理设备。内冷水系统的经常性反冲洗检修时分支水流量的检测（超声法）检修时的热水流试验（JB/T6228-2005）安装和调试时注意管路是否符合要求（水阻小：管径足够大和减少不必要转角；不得随意加减管路和节门）运行中水压力和水流量的监视和控制。第53页/共73页54注意防止因水路堵塞引发绝缘故障堵塞的严重后果：局部线棒温度过热导致绝缘损坏。反措规定线棒温度及温差、水支路出水温度和温差比较的限值，必要时降负荷直至停机检查，避免堵塞故障扩大为绝缘事故。迅速而及时的紧急降负荷可以防止局部过热故障扩大为发电机线棒烧损事故，如某600MW发电机的引线烧断事故，过热持续6分钟，为此更换53根线棒。在集控运行的DCS中提前做好事故预案。即使误判，紧急降负荷的损失远小于非停。值得研究。第54页/共73页55汽、励两侧护环全部判废发电机机内湿度超标是护环应力腐蚀裂纹主要原因曾对华北电网42台发电机护环进行的超声波检查和覆膜金相检查统计：有应力腐蚀的护环占25.7%，因应力腐蚀裂纹而更换的护环占16.6%

发电机护环应力腐蚀故障实例故障原因及后果第55页/共73页56防止发电机护环应力腐蚀的措施更换为18Mn18Cr钢护环发电机护环抗应力腐蚀优选钢材料该材料价格较高，而且目前主要靠进口GE公司规定18Mn5Cr钢护环使用6年要更换，并建议更换为18Mn18Cr钢护环。西门子公司称其为“免维护护环”，并认为因维护上减少了支出，可很快收回投资。第56页/共73页57防止发电机护环应力腐蚀的措施降低发电机氢气湿度发电机内氢气湿度过高是50Mn18Cr4WN护环发生应力腐蚀裂纹的主要诱因降低氢气湿度的主要措施是：严格执行发电机有关标准：发电机内的氢气湿度用在露点温度表示时允许值为-25℃~0℃

防止向发电机内漏油

保持发电机氢气干燥器运行良好。第57页/共73页58

转子绕组匝间短路或接地故障

发电机事故实例投运不到两年的一台QFSN-300-2型汽轮发电机运行中发生转子绕组匝间短路接地故障检查发现汽侧护环下绝缘瓦烧损，有短路放电、铜线烧损痕迹绝缘隔板表层炭化对应绝缘瓦烧穿处的护环内壁上有一块黑色金属物的滴熔区（80mm×50mm×3mm）第58页/共73页59

转子绕组匝间短路或接地故障该发电机转子匝间短路故障原因分析制造质量不良是主要原因机内遗留异物的可能性比较大（化验铝成分多）发电机运行中机内漏油现象严重第59页/共73页60

转子匝间短路故障危害

转子匝间短路故障是汽轮发电机常见故障轻微的故障可能仅是导致局部过热和振动增大严重的故障可发展为转子接地和大轴磁化随着调峰需求增加，发电机转子绕组匝间短路故障有上升趋势第60页/共73页61

转子匝间短路故障的发现和处理

交流阻抗试验和直流电阻测量判断匝间短路灵敏度和准确度都不能满足需要采用RSO脉冲法（可测动态）、波形法（可在线监测）和测量分包压降等新技术、新方法检修或运行中监测转子匝间短路的检测装置或在线监测装置（波形法、直阻计算和电磁计算法）运行中监视发电机有功和无功与转子电流的对应变化关系，以及振动是否有异常第61页/共73页62

防止转子匝间短路故障的措施

提高设计、制造工艺等方面质量在制造、运输、安装及检修过程中防止有焊渣或金属屑等微小异物进入转子通风道内提高发电机密封油系统的制造和运行水平解决发电机进油问题压差阀和平衡阀卡涩氢气泄露严重运行中的对策是保持氢气压力的稳定，避免低氢压下运行、避免回油不畅

第62页/共73页63铁心磨损、松动及铁心片间短路故障2一台运行10年的QFQ-200-2