陈绍辉
贵州西电电力股份有限公司黔北发电厂 贵州 金沙 551800
摘要:本文对300MW发电机事故进行统计汇总，同时详细分析，阐述处理方法和措施,对300MW汽轮发电机故障处理有很大的借鉴意义。
关键词:发电机；漏氢；堵水；线棒；松动；磨损；绝缘
The 300MW generator accident summary analysis and processing method
Abstract：The 300MW generator accident statistical summary, while a detailed analysis, the methods and measures of processing, on 300MW turbine generator fault processing have great reference significance.
Key words ：generator Hydrogen leakage Water plugging Wire rod Loose
Wear and tear Insulation
1 概述
黔北发电厂300MW机组#1-#4发电机是东方电机股份有限公司生产，设备型号为QFSN-300-2-20B,冷却方式为水氢氢。#1发电机2002年3月出厂，#2发电机是2002年9月出厂，#3发电机2003年3月出厂，#4发电机是2003年9月出厂，#1发电机是2003年4月投产发电，其它3台机组相互间隔4个月发电投产。
2003年4月份黔北电厂300MW机组#1机在试运阶段就发生了定子线圈22点温度因发电机线棒水堵而超温，#1-#4发电机底部风区人孔门密封不好漏氢，定子端部线圈绑绳松动造成线圈线棒绝缘磨损严重，这些安全隐患如不处理会造成发电机端部引线短路、烧毁等重大设备事故。本文针对黔北电厂300MW发电机投产以来出现问题进行分析及汇总现场检修处理措施和方法。
2 发电机事故汇总分析
见下表300MW发电机故障统计情况表。
300MW发电机故障统计情况表
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根据上表故障统计次数如下：
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从上表看出黔北电厂发电机发生问题缺陷主要在定子，其中定子绕组端部绑绳松动、磨损在25次设备缺陷中占36%，漏氢占20%，这两项是造成黔北电厂发电机非停或可能造成重大事故主要原因。这些问题是由于制造厂工艺设计、生产制造、绝缘材料等造成，从而导致发电机投运至今设备故障率一直偏高。根据国内相关专家统计发电机故障属设计制造质量问题约占总量的50%，属于安装和运行的故障各占25%，有些故障是多因素综合造成，难于用单一原因界定，如发电机运行中进油可以恶化许多故障隐患(如定子铁心故障)等 。以下是1993年至1995年我国全部在运的300MW汽轮发电机发生的事故统计记录。
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Ｏ 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，但绕组端部松动磨损，次数并不多，说明绕组端部绑绳松动磨损是可以控制。
Ｏ 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。
制造厂因本身制造或设计原因，造成电厂机组检修频繁、发电机安全隐患增大，机组稳定性差，延长了大修预计工期，降低机组利用小时，甚至可能会造成发电机出线短路烧损、氢气爆炸事故等等。因此对于电厂主设备发电机重大缺陷分析，专业技术人员应不可忽视。从2002年3月开始东电集团公司首批工艺改型设计后生产出厂300MW发电机，在贵州有4台，其中安顺电厂是#3、#4机，黔北电厂是#1、#2机，这四台发电机都因端部线圈绑绳松动损伤绝缘后，彻底把线棒抬出进行绝缘处理，从上表分析来看组端部松动磨损，次数并不多，说明绕组端部绑绳松动磨损是可以控制。黔北电厂#2机抬出定子上层线圈在大修过程还处理过两次，#1机处理过1次，安顺电厂#3、#4发电机前后也处理过3次。这4台发电机是贵州电力系统“西电东送”背景下快速上马加快进度建设的几个大型电厂主设备，制造厂因生产任务过重，又是第一次改变工艺设计后生产的同一批次300MW发电机，为赶工期导致施工工艺质量没控制好，在设计、制造上考虑不全面，才导致机组交付安装运行后发生一系列重大设备缺陷和停机事故。
3 发电机本体发生事故处理方法
3.1漏氢
黔北电厂发电机漏氢共发生5次，有3次是发电机底部风区人孔门闷板因采用密封绳密封，在密封绳接口处如果处理不好或固定闷板螺栓紧力不均匀、密封绳弹性消失受到损伤，则在运行过程中发生氢气泄露。2005年6月，黔北#1发电机底部预留风区检查人孔门闷板由励端往汽端数第5块、第6块因采用密封绳密封效果差导致漏氢严重，每天补充8-10m3氢气，最后不得不停机处理；2005年3月，黔北#3发电机漏氢严重，每天补充20-30 m3氢气，检查发现发电机底部1、2、4风区检查人孔门闷板因密封不好泄露，也不得不停机处理；2006年8月5日，黔北#1发电机，定子内冷水箱含氢量超标、发电机漏氢量大，导致紧急停机检修，经检查，造成这次发电机漏氢的主要原因是由于#1发电机励侧端部引线一夹板脱落后，掉在了绝缘引水管上，发电机运行时，引水管产生振动，夹板在绝缘引水管上摩擦，导致绝缘引水管被磨穿一根，相邻的一根已受到损伤，机内氢气通过从磨破的绝缘引水管进入发电机内冷水路及发电机内冷水箱里，使发电机定子冷却水箱的氢含量严重超标。停机处理时更换了两根绝缘引水管，同时发现发电机引出线B相与导电杆连接处被夹板损伤，进行重新包扎刷胶固定。另外，检查发现励端引线的其它绑绳，有黄色粉末，清理后刷胶，有四个磨出黄粉点已重新加固绑扎，两处掉落夹板拆开重新加适型毡，上紧后用玻璃丝带缠好刷胶，处理后做定子水压0.76MPa保持8小时合格；其它两起漏氢则因为充氢管道法兰连接处泄露，虽然泄露不大，但为了安全运行，机组都停运后处理。至于闷板和法兰泄露，采取把#1-#4发电机底部风区人孔门闷板及发电机汽励侧所有氢气管道连接法兰全部焊死后，再也没发生这种原因漏氢事故，同时未焊死的人孔门取消密封绳，全部采用高弹性O型密封圈。当然把闷板焊死处理方法对于发电机底部铁芯冷却风区测温元件损坏则没有办法更换，发电机定子底部铁芯冷却风区则失去检查机会，除非把焊死的闷板全部割开。
3.2发电机端部线圈绑绳松动、磨损处理措施和方法
3.2.1黔北电厂发电机端部线圈绑绳或螺栓松动造成绝缘磨损共发生9次，4台发电机全部发生过绑绳松动绝缘磨损情况。最严重的三次都在大修中发现，其中#1发电机发生过1次，#2发电机发生两次，最近的一次是2011年7月至9月机组大修中发现，究其原因都是发电机端部线圈绑绳松动，在运行过程中造成上下层线棒与绑绳产生摩擦和振动，导致绝缘材料被磨出很多黄色的细粉，线棒绝缘层受到损伤，严重的部分用手轻拔绑绳都能动（见附图）。
3.2.2 2009年6月#2发电机作第二次大修时，发现发电机定子汽端的层间内绑环、整圈松动，上半圈与上层线棒有严重的磨损痕迹，有大量磨出黄粉。处理时则采取拆除全部上层线棒，按损伤情况、修复回用；更换层间内、中绑环；逐根检查下层线棒，凡松动的都重新垫紧、绑扎，对轻微磨损的线棒，修补后回装使用，把磨损严重3根上层线棒进行更换，此次还把汽、励端端部小绑绳全部拆除，重新绑扎，绑扎工艺由原来相邻三个线棒连起绑扎改为相邻四个线棒连起加绑，增加内、中、外环绑扎数量。在2008年元月至4月#1发电机大修中也采取这种彻底抬出上层线棒及这种新工艺绑绳绑扎处理，在2010年8月至10月大修中检查未发现#1发电机大面积绑绳松动。然而在2011年7月至9月#2发电机大修中为何会出现定子汽侧端部线圈绑绳大面积松动，励侧有4处松动，定子槽楔有约30多处松动，值得反思，经过分析认为#2发电机在2009年大修时厂家现场检修人员对电机端部绑扎紧度不够及浸胶未渗透的原因，该次大修则对其汽端端部小绑绳全部拆除，重新绑扎，抬出怀疑损伤绝缘严重汽侧1点、4点、5点物理时钟3个上层线棒进行检查，通过检查未发现电机下层线棒磨损，因此未考虑全部抬出上层线棒进行处理，电机励端对松动的几处进行拆除后绑扎，对松动的绑绳用涤波绳浸胶外绑，绑扎后烘干，此次浸胶采取提高等级换为更加牢固专用在600MW发电机胶进行浸透，通过烘干后检查，效果比较不错。（绑扎浸胶后的效果见附图）。
3.2.3 发电机端部线圈绑绳松动、磨损及试验具体处理过程如下
3.2.3.1定子修理过程 ：
拆除前先检查定子槽内测温垫条、汽端测水温热电阻的阻值并记录。排尽定子线圈中的冷却水，并吹干，清理、檫净机内油污。取出上层线棒，铲开上层绑绳端部小绑绳、端头槽楔上绑绳、鼻端大绑绳。取出定子上层槽口块，退出端头槽楔、定子槽楔；烤开绝缘盒，铲掉环氧泥；拆开绝缘引水管；对拆下的绝缘引水管进行清洗，在鼻端垫放湿石棉布，用气焊焊开三通接头，拨开上、下层线圈鼻端连接处。作业前记好被拆上层线棒槽号标记，确认其位置编号正确；依次抬出上层定子线圈，用对头木楔及旧槽楔将上半圈下层线棒固定在槽内。清理拆下线棒，检查绝缘磨损情况；对旧线棒进行通水流量试验；对绝缘磨损处进行修复；清理端部铜线、修整线棒端部绝缘。
3.2.3.2 线棒电气试验、流量试验。
对新、旧线棒，按相关标准进行电气试验：
对备品线棒作直流耐压，电压：2.75Un+2.5kV＝57.5kV；对留在槽内的下层线棒（吹干线棒和出线部分剩水）作：绝缘电阻：≥100MΩ；吸收比： ≥1.6；直流耐压：2.5Un；交流耐压：38kV，1min。
对经检查合格或修复后的上层线棒作：0.8×57.5＝46kV直流耐压试验；
上下层线棒电气检查结束，在上层线棒下线后，上下层线棒一起试验（吹干线棒和出线部分剩水）：
绝缘电阻：≥100MΩ；吸收比： ≥1.6；
直流耐压：2.5Un；交流耐压：36kV，1min。
另外每根电气试验合格线棒还需单独做流量试验，试验不惜合格才考虑下一个工序。
3.2.3.3线棒装复
以上检修程序做完后则清理定子端部；清理下层线棒端部铜线、修整线棒端部绝缘；取出层间绑环、垫条，清理残留的绑绳。用吸尘器清理定子下线槽及定子铁心表面，清洗定子端部、槽内油污，检查端部定位筋、支架、引线压板处紧固件松动情况，对有松动的地方再次把紧、锁固。逐根检查下层线棒绑绳松动、线棒绝缘磨损情况，对松动的绑绳铲掉后重新垫紧、绑扎，对轻微的绝缘磨损，采取修补后回用；清理后，在铁心槽内补刷130半导体漆，进行下层线棒端部绑扎、烘焙；烘焙结束后再次检查铺放端部层间绑环，在定子槽内垫放层间适形垫条，按所作标记回装上层线棒，加入端部间隔块，进行端部Φ5绑绳绑扎，然后对铁芯打槽侧斜楔、塞半导体垫片，对端部绑绳进行热烘，冷却后，配放垫条、打定子槽楔。以上工作完后开始对定子上下层线棒及引线鼻端焊接（电路、水路），对鼻端整形和电路溜焊完成后清理检查绝缘引水管，装复完成后，做定子水压试验0.75MPa，8h，合格。接下来开始绑定子上层槽口块，打端头槽楔（装风区隔板），测三相直流电阻，作超声波流量试验及定子端部鼻端清理、砂修，整形。定子端部局部泄漏电流试验，试验合格后预装绝缘盒，包绝缘，分半填装绝缘盒，填补绝缘盒缝隙，包锥部绝缘，包引线线棒接头绝缘，最后对定子端部鼻端Φ16、Φ20绑绳大绑，热烘固化。
3.2.3.4装复结束试验
装复完后定子端部局部泄漏电流试验，直流、交流耐压试验、端部电位测试。
绝缘电阻：≥100MΩ；吸收比：≥1.6；
直流耐压：2.5Un；交流耐压：1.5Un，1min。
另外还要对端部进行激振试验，进行振动频率椭圆模拟分析，以上试验合格后对定子彻底清理，端部喷漆，整个定子才算修理完毕。
3.3发电机定子线圈堵水
黔北#1发电机在2003年4月投运阶段发生定子线圈22点温度因发生水堵温度严重超标，最高达80-90℃，停机后采取定子线圈正反冲洗及线圈流量试验、水压试验合格后，投运正常。
3.4发电机转子故障
2008年元月#1发电机大修过程发现转子气密试验不合格，泄露大（氮气0.5MPa，1小时，压力降为0.4MPa），处理时，将转子滑环长、短出线导电螺钉处密封圈全部更换，将转子护环处导电螺栓密封圈全部更换。更换后试验：氮气0.5MPa，8小时，压力无变化，合格。
总之，发电机发生事故种类多样化，要搞好设备运行监测和利用机组大修机会进行彻查检查和处理，才能使发电机重大隐患消除在起始阶段。发电机绕组端部紧固系统设计和制造工艺问题对发电机端部绝缘起决定作用，在发电机安全运行中是最值得注意问题，每台发电机在检修时都应该重点检查， 同时在新机组主设备采购招标中，要求厂家在汽轮发电机定子绕组端部结构中必须采用新技术、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，采用成熟结构设计，执行定子绕组端部固有频率和测量的新标准，只有采取先进的端部紧固方式设计，才能尽量避开共振频率减少绑绳与线圈磨损程度，才能保证发电机安全长周期运行。
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参考文献
[1]<< 汽轮发电机故障检查分析及预防》作者：李伟清
[2]GB/T1029-2005《三相同步电机试验方法》
[3]GB/T1032-2005《三相异步电机试验方法》
[4]GB50150-2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准 》
[5]GB/T20140-2006《透平型发电机定子绕组端部动态特性和振动试验方法及评定》
[6]GB/T20160-2006《旋转电机绝缘电阻测试》
[7]GB755-2008《旋转电机 定额和性能》
[8]GB/T7064-2008《隐极同步发电机技术要求
[9]DL/T492-2009《发电机环氧云母定子绕组绝缘老化鉴定导则》
作者简介：陈绍辉，1975年05月04日出生，男，工程师，大学本科，现任黔北发电厂市场营销部副主任，多年从事电气专业管理和技术工作