陈历凯

大唐华银金竹山火力发电分公司 湖南 冷水江 417500

引言

发电机是火电厂的主设备,它的任何缺陷都可能造成主设备损坏事故,严重影响电网系统的稳定性,造成重大经济损失。因此,及时发现重要缺陷并正确处理消除设备安全隐患,对保证电厂主设备的安全可靠性具有重要的意义。

一、事件经过

某火电厂＃2发电机于2014年2月12日14：12：56,发“定子接地保护”和“外部联跳保护”,跳开了发变组高、低压侧开关与系统解列,造成非停事故。

故障波形显示发电机A相机端电压降低,B、C相电压及三相电流对称无突变等异常变化。

调＃2发变组A1柜P343装置故障波形,其发电机机端电压、中性点电压、发电机电流波形变化与发变组故障录波装置波形一致。

二、检查情况

(一)跳机前各运行参数检查情况：1、＃2发电机跳机前定子线棒温度、进出水温度、内冷水出水温度及压力、机内氢压等运行参数正常,漏氢监测装置无报警,从各运行参数分析无明显的发展过程；

2、从跳机前的端部振动在线监测装置上监测到的振动数据分析,励端测点的倍频幅值除在跳机前＃27槽处达到了130μm外,其他时间均在110μm之下,且变化趋势平缓；工频幅值除在跳机当天上午＃27槽曾瞬间达到过240μm外,其余时间均远低于240μm的一级报警值,但波动较倍频值为大,在跳机前一小时内达到了400μm以上；而测得的通频振动幅值在2月11日18：00之后达到400μm以上且波动较大(图1),通过软件自带的频谱分析,存在较大的低频分量,其它13个测点的振动幅值跳机前均未发生较大变化。

图1 ＃＃27槽工频、倍频、通频变化趋势图

(二)＃2发电机定子保护接地跳机后检查情况：现场对＃2发变组进行外观检查无明显异常,检查内冷水箱排汽口有大量气体,判定已从发电机内漏氢至内冷水中。摇测发电机侧绝缘为30MΩ,且2500V的摇表电压只能摇到500V,解开发电机出线和中性点软连接,离相封母侧绝缘为590 MΩ,将发电机排空水后测量A相绝缘1600MΩ,B相720 MΩ,C相1070 MΩ,三相直阻偏差94.3%,B相直阻与上一次比较变大102%,A、C相无异常,初步判断发电机主绝缘未受损,故障点在B相定子线棒水电接头。

检查发电机内部,发现发电机定子绕组励端＃27槽上层与＃11槽下层的水电盒手包绝缘烧损,水盒盖已经烧穿,在励端的8点钟方向可调绑环拉紧螺钉拉楔松动。打开手包绝缘后发现＃27槽上层线棒的水盒盖烧损,上下层线棒间连接股线靠＃27槽上层线棒侧烧损；相邻线棒的手包绝缘被熏黑。拆除对应的绝缘引水管后发现汇水管侧不锈钢水嘴已被部分烧损,有放电痕迹。

励端第一道绑环11、1、2、4、5、6点钟方向,第二道绑环除6点方向外的多数,汽端第二道绑环10、11、12、1点钟方向的拉紧螺钉的碟形绝缘垫圈松动。

对发电机定子内冷水流量和端部模态进行试验,流量总体比1月份数据偏小,其中1、15、22、34、40槽的上层线棒等5根流量超标。模态试验汽端共振频率103HZ,励端有69和122Hz两个点,波形均非椭圆形波形。

对故障相带全部线棒及其它节距部分线棒进行单根线棒振动频率测量,均为50Hz。

单根线棒固有振动频率在拆除手包绝缘后重新测试均在44.5Hz左右。

大电流试验检查水盒盖及并联股线焊接质量未发现异常。

拆除上层线棒后检查发现,励端五道及汽端第一道层间胀管均存在顶部注胶未满空心的现象。励端下层线棒渐开线间的垫块大部分松动,与层间胀管压接处油泥(黄粉)较多。

图2 层间胀管内应注胶部位顶部空心

三、原因分析

1、此发电机2005年出厂,当时正处于火电机组建设高峰阶段,制造厂忙于抢工期,放松了制造过程的工艺质量管控。此次发现的层间胀管注胶不足,运行中振动磨损,使励端端部绕组机械整体性破坏,结构松动引起运行过程中端部局部振动过大,是发生此次事故的主要原因。

层间胀管注胶不足是由于在制造时没有按工艺规程的规定,在规定注胶压力条件下保持足够的时间,使胶在管内充分固化定型。而是注胶量不足以及过早泄压造成质量缺陷。

2、结合近三年检查情况分析,此发电机端部紧固结构松动趋势明显,虽在历次发现磨损松动后进行了局部处理,但未能从根本上解决。在跳机前励端突然出现较大的振动,事故前一小时内工频振动幅值从100微米左右快速上升至500微米,振动的突然增大是造成水电接头断裂烧损的直接原因。

而振动增大是由于磨损造成的恶性循环,这类磨损缺陷只进行局部绑扎或注胶处理不能解决根本问题。

3、此发电机＃27槽上层线棒励端水盒盖在2012年3月更换过,当时是采用火焊进行焊接,2014年1月抢修过程中由于直阻超标发现此处股线焊缝开裂,再次重新焊接。两次焊接加热引起此处的金属材质变化,致使强度不够,在较大的振动作用下拉裂放弧,产生的热量造成＃27槽上层线棒与11槽下层线棒间并联股线烧熔,金属颗粒进入内冷水系统,导致内冷水的电导率急剧升高,以及电弧产生的剧热使内冷水产生汽化形成汽隙放电,使绕组导电部分与汇水管之间形成电的通道,造成非金属性接地短路跳机是事故发生的间接原因。

4、事件发生后,组织哈尔滨大电机研究所、广东电科院、华北电科院、湖南电科院、东方电机及哈尔滨电机等技术专家进行专题分析,与会专家经过现场实地查看,和充分研讨分析,一致认为此发电机V1相带范围内发生三次线棒水电盒断裂、烧毁的主要原因是由于制造质量的分散性造成端部松动严重,整体性变差,导致端部振动过大,引起线棒鼻端金属疲劳所致。

四、处理方案和防范措施

1、拆出全部线棒重绕(线棒重新安装),清理锥环表面,更换适形材料,更换层间适形胀管,重新进行端部线圈压型。

2、所有线棒在拆出前进行大电流红外成像检测试验,拆出后全部进行单根线棒试验(含着色探伤、相控阵探伤、水压、气流量、电气耐压),更换试验不合格的线棒。全部线圈按照制造厂工艺标准进行重新装配、绑扎和加固。装配完成后进行模态、测频、表面电位、流量、交直流耐压、直阻等试验,并根据DL/T－735－2000《大型汽轮发电机定子绕组端部动态特性的测量及评价》按新机标准对端部紧固情况进行考核。

3、执行防止发电机损坏事故措施等相关反措规定,积极开展发电机端部松动检查工作,采取加装端部振动在线监测装置跟踪端部振动情况；按要求开展发电机端部模态、表面电位、流量等试验。

4、加强发电机端部振动在线监测系统运行数据监测,对发电机端部振动通频、工频与倍频均加以关注,找寻其与振动幅值间的关系,加强振动数据的定期分析,以便振动异常时采取相应措施。

五、修复后的效果

发电机按制造厂的工艺标准进行线圈重绕,严格控制层间胀管注胶质量和绑扎牢固后投入运行。五年来,发电机的各项运行参数没有出现异常,端部振动在线监测数据也未出现异常。

后续检查,端部没有出现松动、黄粉、油泥现象,此发电机已从根本上消除了定子绕组端部制造质量分散性的缺陷。

六、层间胀管注胶质量的危害探讨

1、层间胀管注胶是为了保证线棒安装完成后,在上、下层线棒间成形几道整体填充压实成型的挤压环,与各绑环、绑带一起将多个线棒绑形一个整体,控制线圈的振动,线棒与线棒之间、线圈端部各部件之间不会产生位移磨损。如果注胶质量达不到要求,甚至空心就不能使线圈形成一个整体,部件之间就会由于振动产生位移磨损,磨损松动后又会加剧振动,造成恶性循环,最终导致事故发生。所以层间胀管注胶的质量是发电机线圈端部不松动的重要保证,而注胶压力和保持时间是关健。

2、检查发现有黄粉或油泥时,应重点查出磨损点,弄清松动的原因。如果多次发现有同样的松动,就要重点考虑难以检查到的部位(如层间)磨损的可能性,一旦确定是层间磨损松动,则应重点考虑层间胀管或绑扎的质量问题,抬线棒处理是最能彻底解决问题的方案。

七、结束语

汽轮发电机是火力发电厂的主设备,它的可靠性不但关系着发电厂的经济效益,也是电网安全的基础,而发电机结构复杂,理论深奥,电厂技术人员又难有机会全面熟悉发电机的结构,对缺陷或故障判断和处理,特别是对层间胀管质量问题这类严重缺陷处理更是比较困难,现以这篇文章与大家共享。