某厂#2发电机定子端部磨损.docx
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某厂#2发电机定子端部磨损
大唐信阳华豫#2发电机定子端部磨损
原因分析、处理过程及经验总结
一、概述
1、发电机简介:
大唐信阳华豫发电有限责任公司#2发电机是东方电机厂制造的300MW汽轮发电机,冷却型式为水氢氢,即定子线棒为水内冷,定子铁芯和转子氢冷;励磁型式为自并励,自励磁变压器出来的交流电经整流后,通过发电机转子滑环和碳刷接入转子绕组。
#2发电机的铭牌参数如下:
型号
QFSN-300-2-20
产品标准
Q046
额定功率
300MW
额定频率
50Hz
额定转速
3000r/min
额定定子电流
10.19kA
额定定子电压
20000V
额定功率因数
0.85
额定励磁电流
2203A
额定励磁电压
460V
绝缘等级
B
额定工作氢压
0.3MPa
接法
2-Y
最高工作氢压
0.35MPa
制造厂
东方电机厂
出厂编号
12-8D-4
出厂日期
2000.10
2、发电机定子绕组端部故障现象及初步处理
2.1#2发电机曾于2005年3月小修时发现定子绕组端部局部磨损。
当时从发电机汽端底部人孔门进入端部线圈背部检查发现局部有黄色粉末,在汽端定子罩壳底部发现一块线棒间垫块(环氧树脂绝缘板),考虑到端部线棒可能存在较严重的磨损,汇报生产主管领导后扩大小修项目,发电机抽转子后详细检查,发现定子线棒汽端喇叭口上半部有大量漏黄粉现象,10点钟至12点钟绑线有明显松动,其中有两处定子绕组上层线棒绑线已磨断,绕组间绝缘垫块已露出。
并且有部分线棒间垫块及适形材料脱落。
后由东方电机厂派技术服务人员现场处理,铲除已松动的所有绑线,重新进行绑扎并进行绝缘处理。
处理后定子绕组各项预试合格,投入运行。
当时处理前后照片如下:
处理前:
处理后:
2.2#2发电机2009年3月份大修时检查发现更严重的定子端部磨损情况。
发电机拆下汽端上端盖和上护板后发现定子绕组端部有大量粗颗粒黄粉,2~3点钟位置(时钟方位),一块层间斜垫块松动,沿圆周方向移位约100mm以上,位移轨迹内绑绳及斜垫块自身的绑绳全部被切断。
后进一步对发电机汽、励两端端部检查发现:
汽端7~8点钟位置,小绑环与绝缘支架连续3处松动,有油泥;9~10点钟位置,Ф5绑绳(中绑环处)有3处松动,有油泥;11点钟位置,端头槽楔松动,挡风块松动,有油泥;上层槽口块松动。
励端整个下半圆周环形引线夹件多处松动。
现场照片:
2.2.12~3点钟位置,一块层间斜垫块松动,移位约100mm以上,有黄粉;
2.2.27~8点钟位置,小绑环与绝缘支架连续3处松动,有油泥;
2.2.39~10点钟位置,Ф5绑绳(中绑环处)有3处松动,有油泥;
2.2.4、11点钟位置,端头槽楔松动,挡风块松动,有油泥;上层槽口块松动。
2.2.5发电机励端整个下半圆周环形引线夹件多处松动;
2.3问题发现后及时联系东方电机厂技术专家到现场,组织初步原因分析及处理方案,形成两点共识:
2.3.1汽端2~3点钟位置斜垫块掉落为主要问题,其他局部绑绳松动可以通过局部加绑进行处理;
2.3.2重新装回斜垫块需抬出相应位置的11根上层线棒,这样,还可以进一步检查斜垫块掉落过程中对下层线棒的磨损情况。
2.4按照上述的初步方案,抬出上层11根线棒,取出掉下的斜垫块后,可以清晰地看到下层#12、#13、#14线棒靠大绑环处严重磨损,主绝缘的磨损深度为3-5mm(正常线棒的主绝缘厚度为5.5mm)而且这三根线棒均处在高电位区,运行时对地电位分别为10000V、11000V、11000V,而且#13、#14线棒互为相间,两者之间电压为20000V,另外下层#4、#5线棒,在中绑环-小绑环间(高阻防晕层段)也有磨损,磨损深度约1-2mm,#6-#11下层线棒,主绝缘基本没有磨损,但绑扎这几根线棒的Ф5绑绳,全部磨断、磨平。
二、定子端部磨损原因分析
发电机定子线棒端部磨损的直接原因是发电机运行过程中定子端部振动造成的,而大型汽轮发电机运行时,定子绕组端部的振动主要由两个因素引起:
绕组电流与端部漏磁场的相互作用所产生的二倍频振动力;定子铁芯的椭圆振动。
定子端部固定元件在电磁力作用下的振幅与电流的平方成正比,因此汽轮发电机在运行中端部绕组将承受相当大的激振力。
发电机定子端部绕组渐开线部分的不规则形状决定它不可能象定子槽中线棒那样牢靠固定,故整个定子绕组的薄弱环节就在定子端部。
2009年3月27日委托河南电力试验研究所对#2发电机进行了端部振动模态试验(定子处理之前),试验结果:
励端模态频率为45Hz,汽端为42Hz。
此结果满足DL/T735-2000《大型汽轮发电机定子绕组端部动态特性的测量及评定》中规定的不得落于94~115Hz限值的要求。
根据发电机运行情况及停机后端部振形模态试验结果分析,端部磨损并非由于整体椭圆振形接近倍频100Hz,而导致的运行中整体共振造成的。
因此,可以认为:
#2发电机定子端部磨损是由于定子绕组端部整体刚性不统一,即端部有些地方刚性较强,有些地方刚性则较弱。
在发电机运行期间,受到倍频电磁力的作用时,虽然没有产生共振,但不同位置线棒振动产生的形变和位移不一致,不同位置支架和绑扎绳受力大小和方向都有差异,并在局部产生应力集中,最终使部分线棒端部出现磨损。
通俗的说:
即发电机出厂时端部绑扎工艺执行不严格,造成整个端部绑扎强度分散度大是造成端部磨损的主要原因。
三、#2发电机定子检修方案及具体处理情况
根据上述检查情况并接合#2发电机修前已存在的有关缺陷(定子线棒层间温差超标,部分线棒层间温度测点已损坏和个别出水温度测点损坏),确定了处理方案和合理的抢修工期。
1、定子检修方案如下:
1.1拆出全部上层线棒,对拆出的线棒逐根检查、预试,不能回用的更换新线棒。
1.2更换下层已确定磨损严重的五根线棒,对其余的下层线棒,逐根检查和进行相应试验,凡不合格者一律更换。
1.3重新嵌入上层线棒,并进行相应的检查和试验。
1.4整个修复工期:
按现场工作人员“两班倒”排计划,从4月4日开始,到5月23日结束,共计50天。
2、#2发电机定子检修具体工作如下:
2.1拆除全部上层线棒(60)根。
2.2因磨损更换#4、#5、#12、#13、#14槽下层为新线棒,原#12、#13、#14旧线棒修复并经电气试验合格,送回仓库做为事故备品。
2.3因有局部堵塞,更换#20槽上层为新线棒。
2.4因磨损更换#1、#2、#35、#56、#58、#59槽上层为新线棒。
2.5#17、#18、#19、#21、#22、#23、#24、#25、#60槽上层磨损较轻,经现场修复、电气试验确认合格后回装。
2.6留在槽内的旧线棒、拆出槽外的旧线棒和新线棒,在嵌线前,按东方电机厂的标准做相关的电气试验,结论合格。
2.7线棒层间测温元件:
元件246TE52-21(#21槽)、14、20、22、23、53、59、46、56、38、24共11个槽的元件(主件、备件)更换为新元件。
2.8按东方电机厂工艺,重新嵌入下层(5根)和上层线棒(60根)。
2.9在嵌线过程中,按东方电机厂标准做工序间的电气试验和水压、流量试验。
2.10#2发电机线棒磨损情况及处理汇总:
线棒编号
磨损位置
磨损深度
处理结论
下层#4
汽端,高阻、低阻搭接处
主绝缘磨损2mm
报废
下层#5
汽端高阻防晕段
主绝缘磨损2mm
报废
下层#12
汽端鼻部绝缘段
主绝缘磨损3mm
修复后,留作低电位备品线棒
下层#13
汽端鼻部绝缘段
主绝缘磨损4mm
修复后,留作低电位备品线棒
下层#14
汽端鼻部绝缘段
主绝缘磨损4mm
修复后,留作低电位备品线棒
上层#9#10#11#17#18#19
汽端高阻防晕段
防晕层磨损
修复防晕层后,回用到本机
上层#20(引线)
空心导线局部堵塞,报废
上层#21#22#11#23#24#25#26
汽端高阻防晕段
防晕层局部磨损
修复后,回用到本机
上层#35
励端高阻防晕段
主绝缘损伤2~3mm
报废
上层#56#58#59
汽端绝缘段
主绝缘损伤2mm
修复后,留作低电位备品线棒
上层#60(引线)
汽端绝缘段
主绝缘损伤1.5mm
修复后回用到本机
上层#1
汽端绝缘段
主绝缘损伤2.5mm
修复后留作低电位备用线棒
上层#2
汽端高阻防晕段
主绝缘损伤1.5mm
报废
2.11#2发电机本次大修更换的新线棒统计及嵌入的对应槽号:
下层:
#4#5#12#13#14槽嵌入新线棒,共5根。
上层:
#1#2#20#35#56#58#59槽嵌入新线棒,共7根。
2.12励端引线下半圆4~7点钟范围加绑Ф16涤玻绳5处。
2.13水压试验时,发现汽端12点钟处有一个水接头在喇叭口处开裂两道裂纹,更换新的备件。
四、经验总结
据我们了解,东方电机生产的QFSN-300-2-20型发电机发生端部磨损的缺陷较多,各厂发电机发生端部磨损前通过常规的电气试验也基本无法进行有效的检测,大部分发电机端部振形模态试验结论也符合DL/T735-2000《大型汽轮发电机定子绕组端部动态特性的测量及评定》要求,因此,为有效的防止发电机定子线圈端部磨损,造成运行中相间短路或对地短路等主设备事故,应重点做好以下几项工作:
1、重视发电机制造过程的监造。
发电机制造过程中端部绑扎工艺的严格执行,能很大程度上避免运行过程中出现端部磨损。
2、发电机出厂试验及现场安装交接试验中,定子绕组端部振形模态试验结果必需合格。
如振形模态试验结论不合格,那么在发电机运行过程中出现端部磨损将不可避免,只是运行时间长短的问题。
3、发电机正常运行过程中,机组临停检修、每年的例行小修应重视发电机端部检查工作。
从发电机汽、励两端人孔门分别进入,重点检查端部线圈绑扎是否有松动、是否有黄粉或黑泥现象,出线侧环形引线、绝缘支架、各绑环上绑绳是否有磨损痕迹,紧固螺栓是否有松动、止退片是否有变形、位移等。
发现局部问题应扩大检查范围,彻底查清故障情况并有针对性的处理。
4、如发生端部磨损,处理过程中应特别注意绑扎工艺的监督。
环氧树脂与稀释剂的配比是否严格按要求;涤纶玻璃丝带浸环氧树脂时间是否够、是否完全浸透;环氧树脂、固化剂等是否已过期等等,一些细小的环节,将直接决定检修质量。
另外,处理完成后需进行端部振形模态试验,首先看结论(频率)是否合格,其次与处理前的频率进行比较,是否有较大的变化,综合判断处理质量。
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