600MW发电机典型故障研究

600MW发电机典型故障研究

Summary：针对某制造厂生产的600MW发电机发生的定子内部遗留异物、定子起晕电压低、定子线棒出水温度高等典型故障分析了发生的原因包括制造环境、制造工艺、检修工艺、施工质量和运行等方面的问题提出加强制造厂环境治理、改进检修工艺和按照图纸安装、施工等改进措施。Keys：600MW发电机；典型故障；原因分析0引言我国开始大规模电力基本建设以来多数发电公司选择了技术成熟的国产600MW燃煤机组其投产数量逐步增加暴露出的问题也在逐年上升尤其是发电机损坏事故近两年来某省南部电网已有多台同型号的600MW发电机出现故障[1-3]。该类型发电机为QFSN6002型水氢冷汽轮发电机额定功率600MW额定电压20000V额定电流19245A定子槽数为42线棒截面尺寸：槽部45mm×59.3mm、端部46.2mm×54.3mm（测量值）；线棒主绝缘厚度设计值为5.4mm[4]。通过对近20台该类发电机的异常情况进行分析发现异常情况集中发生在168h后1年内和168h后再次投运带大负荷时主要包括的类型有：制造过程中发电机内部遗留金属异物将定子线棒绝缘磨损导致定子接地；发电机定子线棒起晕电压低运行一段时间后线棒绝缘外层发生碳化；发电机定子冷却水出水温度异常；发电机定子铁心损坏；发电机定子绕组12点位置烧断和转子局部损坏。1发电机内部遗留异物（1）铁磁性物质颗粒某电厂2号机组2005年2月9日于19时07分U相接的机组跳闸接地电阻0.2MΩ。经检查分析认为是发电机在制造过程中对线棒进行端部绑扎时将铁磁性物质颗粒绑扎在扎带下。发电机运行时在定子绕组端部漏磁场的作用下铁磁性颗粒发热、振动、旋转既磨损线棒主绝缘又磨损其自身直至绝缘厚度减薄绝缘强度薄弱到耐受不住运行电场强度而发生击穿累计运行6749.9h。（2）铁丝某电厂1号机组在安装前进行检查发现汽轮机侧2、3槽上层线棒间有遗留的铁丝。经检查认为这是在基建过程中不慎遗留下来的。（3）金属颗粒某电厂5号机组安装前在发电机汽轮机侧上层18槽（W相）与19槽（U相）隔相端部渐开线位置第1、2道绑环之间发现遗留有一粒金属颗粒直径约5mm夹在绝缘绑带之间。2定子线棒起晕电压低某电厂2号机组并网运行1265h时在距槽口700～760mm位置发生定子线棒绝缘外层碳化。通过检查发现汽励两侧端部绕组各有1处定子线棒绝缘过热烧损故障。这2个故障点在汽励两侧的几何位置相同绝缘碳化位置都在4、5号槽上层线棒之间的（距汽励两侧端部槽口都约750mm）水笼带断口附近并已绝缘碳化其中5号线棒汽轮机侧主绝缘碳化较严重主绝缘碳化深度约3mm。经对碳化线棒绝缘表面的清理发现故障线棒绝缘碳化区域只发生在主绝缘外层绝缘内层无碳化现象说明碳化过程是从外向内发展的故障起点是在故障线棒绝缘外部因此定性为绝缘表面过热烧损。2.1检查情况对5号槽上层线棒汽励两侧进行了防电晕层测试对4号槽上层线棒进行交流耐压试验对膛内剩余线棒进行了起晕试验并对备用线棒进行电晕发热试验。电晕发热试验条件为模拟额定电压20kV加压1～2h。发热情况为离直线处500～760mm的部位比直线段温度高6～8℃。同时对发电机进行了整机起晕试验发现定子额定电压为20kV的发电机整机起晕电压只有11kV。同时对正在安装的新建机组进行了整机起晕电压试验。2.2原因分析经专家组多次讨论分析认为故障的根本原因是：5号槽上层线棒汽励两侧端部防电晕层在制造时形成缺陷使故障处温升较高且4、5号槽上层线棒各处不同相的高电位线棒之间的电位差约20kV导致5号槽上层线棒故障处产生局部放电使线棒表面绝缘材料碳化。绝缘碳化又加剧了局部放电如此恶性循环最终造成5号槽上层线棒故障处的绝缘受损并波及4号槽上层线棒相对应处的绝缘表面。2.3处理情况原因分析清楚后对此批次发电机厂家均与使用单位进行沟通对已投运的发电机尽快安排停运进行检查处理；对有放电痕迹的发电机更换部分或全部线棒后根据起晕试验结果再进行防晕处理；对还未投运新机组的定子两侧端部绑带去除毛刺、尖角表面清洁后对间隙大处用1801漆加云母粉加玻璃丝填塞间隙小处用1801漆涂刷达到起晕试验20kV以内不允许产生起晕点、22kV允许个别光亮点产生的标准。3定子冷却水出水温度异常3.1相关规定按制造厂规定制造厂未明确规定的应按照以下限额执行：定子线棒层间最高与最低温度间的温差达8℃或定子线棒引水管出水温差达8℃时应报警并及时查明原因此时可降低负荷。定子线棒温差达14℃或定子引水管出水温差达12℃或任一定子槽内层间测温元件温度超过90℃或出水温度超过85℃时在确认测温元件无误后应立即停机处理。”制造厂规定：在任何负载下如定子绕组上层或下层线棒间的出水高低温差达到12K或槽内层间的高低温差达到14K必须立即降负荷以验明读数的真伪如读数是真的当温差再次达到限值则必须立即跳闸解列否则会严重损伤定子绕组。3.2故障情况某年7月16日15时08分某电厂2号机组进行整套启动试验在进行发电机出口短路试验时发现定子线圈内冷水出水温差达到15℃超过厂家说明书规定的12℃当时厂家答复为：“估计是测温元件未包好受冷氢影响温度低而造成温差达15℃鉴于此种情况2号机应该可以并网。”9月4日—10日2号发电机168h试运后39号上层线棒出水温度为61℃6号上层线棒出水温度52℃温差为9℃。9号下层线棒出水温度61℃39号下层线棒53℃温差为8℃达到报警值。11月20日当机组负荷为600MW时线棒出水温差达到11℃接近跳闸值。12月5日—13日因线棒出水温度大申请临时检修。临时检修情况如下：解开汇水管侧出水温度高的线棒绝缘引水管对线棒进行水流量试验然后用高压氮气反向（从线棒出水侧向进水侧）吹扫线棒最后用水和氮气混合对线棒进行反向和正向吹扫并做吹扫之后的水流量试验对受冷氢温度影响较大的出水温度测点进行包扎。12月14日2号机组刚启动后带大负荷时出水温差有所下降但是随着运行时间的延长出水温差又有回升在升负荷过程中各层线棒出水温差可达到11℃。在某年底2号机大修时经过冲洗收效甚微几根空心导线仍处于半堵状态后决定更换部分线棒共更换47根线棒。3.3原因分析某年2月3日出现过4号槽温度升高、线棒温差达10K现象2月4日经过反冲洗后温度下降。7月5日该线棒温度在定子电流为17500A时再次升高层间最大温差达10K较相邻线棒温度高7K且4号槽下层出水温度较以前温度上升4K说明线棒内可能存在异物堵塞现象。4发电机定子铁心损坏4.1故障情况某电厂2号机组于2006年7月停运进行大修发现以下问题：（1）在励磁机侧铁心边端（阶梯齿）靠近压指处的铁心硅钢片齿部发生严重的片间松动磨损现象磨损的大部分硅钢片已成粉状具体为：18与19槽间的磨损部位最严重约有60片硅钢片发生断齿；17与18槽间约有30片硅钢片发生断齿；20与21槽间约有10片硅钢片发生断齿。（2）励磁机端1-21槽间、24-40槽间、41-1槽间共38处铁心边端（阶梯齿）靠近压指处的铁心硅钢片齿部发生片间松动现象。（3）励磁机侧铁心边端（阶梯齿）靠近压指处的硅钢片齿部第一段风道隔筋（小工字钢每两槽间有4根）共8根缺失。（4）汽轮机端5-7槽间、8-11槽间、13-16槽间、17-19槽间、27-28槽间、29-30槽间、31-34槽间、36-37槽间共16处铁心边端（阶梯齿）靠近压指处的硅钢片齿部发生轻微片间松动现象表面存在轻微的黑色泥状油污。4.2原因分析（1）铁心定位螺杆过紧。在2005年的修理过程中曾对定子铁心的轭部定位螺杆进行紧固。从而使得铁心轭部定位螺杆的预紧量与中部穿心螺杆的预紧量失去了原来1：0.75的比例平衡轭部过紧会引发齿部弹开然而由于端部铁心黏结牢固从而导致端部铁心段之间的通风槽板的预紧量下降并由于发电机进油严重大量从转子喷射出来的高速油加剧了铁心的松动和磨损。（2）大量进油对定子铁心造成影响。2号发电机返厂清理过程中发现该台发电机在运行过程中进油十分严重在厂内进行清理和修理的过程中大量的油从定子内流出。油的浸入减弱了定子铁心及通风槽板齿条的摩擦力加速端部铁心和通风槽片的损坏。然而损坏的铁心残片伴随油在定、转子的气隙间运动则将进一步加速励磁机端部铁心和通风槽片的损坏。4.3处理情况整体更换发电机定子原定子返厂解体进行彻底处理。5结论经过对多台同一厂家生产的发电机故障情况进行分析发现既有制造问题也有安装、检修和运行方面的问题因此要保证发电机的安全、稳定、长期运行首先要加强监造把好设备制造质量关杜绝有质量问题的机组出厂这主要靠制造厂的质量体系正常运作和监造；其次现场安装一定要按照图纸施工运输和试验用的临时物品一定要去除；第三运行方面一定要保证发电机氢、水、油的压力和温度以及发电机线棒、铁心的温度应在正常范围内每天进行趋势分析发现异常情况立即处理。Reference[1]张学延,屈杰,何国安,等.大型汽轮发电机组非典型故障分析[J].中国电力,2020,53(12):284-292+300.[2]刘志