殷豪

摘 要：本文介绍了广东省某电厂2×600MW超超临界燃煤发电机组，#2发电机定子线圈环形引线过热烧毁的故障机理和防范措施。故障起因是由于#2发电机小汇流管连通管上错误安装内径为Φ15mm的流量孔板，积聚的气体减小了流过该环形引线内部管路的水流量，由开始的“气阻”逐步恶化形成“汽堵”，造成7根定子下层线棒因电流倍增过热而烧损。对比国内相似案例，本次事件发生时机组投运时间更长。从现场检修工艺着手，总结此类故障的检修最优工期为45至50天。

关键词：600MW机组;环形引线;“汽堵”;流量孔板;故障原因

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.153

1 引言

国内自1997年至今，600MW等级发电机共发生过数十起定子绕组环形引线因“汽堵”造成的过热烧毁事故。事故的情况基本上如出一辙，几乎全部集中在2W2引线，引线烧断，还引起发电机其他部位故障。造成的损失是相当严重的，有的整台定子需要在工地重新嵌线，工期也长达数月之久[1]。

大型汽轮发电机多采用水氢氢冷却方式，定子线棒由铜耗和附加损耗产生的热量通过冷却水对流散热。定子绕组水路故障主要原因有：①杂质、异物进入水路形成堵塞;②水路发生“气堵”;③环形引线“气堵—汽堵”故障[2]。本文重点介绍了广东某电厂2×600MW超超临界燃煤发电机组#2发电机定子线圈环形引线“气堵——汽堵”的故障机理并提出防范措施。事故分析证明#2发电机小汇流管连通管上错误安装内径为Φ15mm的流量孔板，对内部冷却水起到限流作用，最终造成环形引线过热烧毁，是本次故障的主要起因。比较国内发电机定子线圈环形引线过热烧毁类似事件情况，发现绝大部分定子环形引线过热烧毁事故一般发生在新机投运后的2000h内，而本次故障是在该机组投运4年后才发生。并从定子现场检修工艺着手，总结出此类故障的检修最优工期为45～50天。

2 设备概况

该2×600MW超超临界燃煤发电机组，配置QFSN4-600-2型三相交流隐极式同步發电机（静止励磁），发电机采用整体全封闭、内部氢气循环、定子绕组水内冷、定子铁芯及端部结构件氢气表面冷却、转子绕组气隙取气氢内冷的冷却方式，600MW汽轮发电机水电联接方式见图1。发电机定、转子绕组均采用F级绝缘，发电机配有机端励磁变静止励磁控制系统。额定容量705MVA，额定功率600MW，额定电压20kV，额定转速3000r/min，相数3，极数2，额定氢压0.4MPa，漏氢量≤10Nm?/24h。

从美国Westinghouse Electric公司引进的该型汽轮发电机定子线圈采用双Y形接法，两路并联，上下层各42槽，共计84根定子线棒，发电机定子每根线棒的水路都是独立的，内部冷却水从励端流向汽端，出水口的水接头上装有用于监测出水温度的测温装置。

3 事件经过

发生本次事件当日14时10分，#2机组升负荷至600MW，正常运行。

16时55分36秒，#5轴承轴向振动（Y向）突增至129μm，DCS发#5轴承轴向振动（Y向）高一值报警（声光报警，定值125μm）。

运行操作员紧急减负荷，手动打闸F磨煤机，减负荷至500MW;并立即安排人员到就地查看发电机振动情况。F磨停运后，振动值略有下降，但随后又开始增大。

16时59分44秒，#5轴承轴向振动（Y向）增至251μm（高二值，定值为250μm），由于相邻的#6轴承轴向振动（Y向）也已达到高一值，触发“#2机组轴振大”保护，汽轮机跳闸，发变组程跳逆功率保护动作跳开#2主变高压侧2202开关、#2发电机灭磁;运行人员按紧急停机程序操作。

16时59分52秒，机组停机。

4 停机排查

停机现场排查发现：#2发电机定子绕组励端B相上层环形引线烧断（如图2），电弧造成大量烧熔的铜渣散布在发电机励侧端部;B相另一分支的7根下层线棒（对应定子30～36槽）靠汽端的出槽口拐弯处有严重的过热烧损、主绝缘爆裂、流出黑胶碳化等现象;同时，由于大量铜渣、铜粉末等杂质在机内高速流动氢气的影响下，通过转子端部的护环内侧、或转子表面的通风孔等侵入到转子内部，对转子绕组内部的绝缘也造成了一定的污染。制定修复方案如下：上层拆除全部线棒，下层拆除B相7根线棒;更换烧损的B相并连环引线。

5 故障检修

本次定子检修工艺计划工期为34天，主要内容包括：拆除并连环引线;拆上层线圈;拆下层线圈;嵌下层7根线棒;嵌上层线棒;回装并联环引线;电气试验;对定子线圈水路系统做气密试验;对线圈全部接头包绝缘;打槽楔，装风区隔板;进行绝缘电气试验等。实际工期从事故日到修复后并网发电共计67天。其中：7月23日至30日，召开专家会讨论修复方案，汽轮机、发电机冷却，抽转子准备，施工队到位;8月3日转子抽出后，发现发电机汽端B相定子下层线棒（对应定子30～36槽）主绝缘损伤，需要厂家人员到现场处理缺陷;8月4日开始修复定子线圈;9月19日下午16点，具备穿转子条件;9月20日至27日穿转子，外观检查以及试验和启机;9月27日16点，#2发电机并网成功。

工期延误原因分析如下：8月8日，讨论决定更改修复工艺，需要抬出定子全部上层42根线棒，推迟工期6天;8月31日，开始进行定子线棒水路系统气密试验，计划工期2天。施工队拆除线棒时人员疏忽导致出水盒焊缝局部渗漏，新、旧焊缝渗漏共计71处。反复处理线棒端部水盒焊缝渗漏，反复试验，推迟工期7天;9月12日，开始进行定子线棒端部手包绝缘直流泄漏电流测量。由于手包绝缘受潮，较多线棒泄露电流不合格，经过烘干或重包绝缘处理，至9月15日全部手包绝缘直流泄漏电流测量合格，推迟工期3天;9月16日，开始进行定子绕组绝缘电阻、直流耐压试验、电晕、交流耐压等试验，计划工期2天。因电科院两台试验仪器损坏、电机受潮、端部及出线未清理干净等原因，导致延误工期2天。

#2发电机采用自然降温和滑参数停机耗费了大量时间，为了缩短工期，有必要采用一种可行的方法对汽轮机进行快速的降温处理，所谓汽轮机快速冷却技术就是当汽轮机停止运行后，通过向汽轮机内部通入合适的冷却介质，从而使汽轮机产生热交换，进而起到快速降低汽轮机温度的目的。经过十几年的探索，汽轮机快速冷却技术已经基本成熟，达到了可以实用的程度[3]。如果#2发电机安装快速冷却装置，可缩短检修工期约3至4天[4];同时扣除上述因为施工队和调试单位原因造成的延误天数，那么从经济效益方面考虑，600MW定子线圈现场检修的最优工期可压缩为45至50天。

6 故障原因分析

6.1 本次故障原因

07月22日16：50分左右，#2发电机定子线棒33b、36b上层线棒温度逐步升高，最高到达110℃;16：55分，35b线棒温度陡增至110℃，负序电流增至990A，线棒绝缘击穿的电气故障引起发电机振动过大;16：59分紧急停机。DCS记录证实：线棒温度升高到轴振高一值报警、紧急停机，前后时间小于10分钟，故障发生十分突然。

#2发电机定子环形引线烧损事故的直接原因，是由于B相上层环形引线内部冷却水管路发生了“气阻——汽堵”现象，这可以从环形引线内部管路两端均被熔铜堵死得到印证。“气阻”现象主要是由于环形引线内部冷却水管路的水流量低造成的，技术人员检查发现在发电机底部回流管的外接连通管上，安装有节流孔板。由于该孔板的内径仅为Φ15mm，小于内径为Φ38mm的外接连接管，对环形引线内部冷却水起到限流作用。

在该机组负荷由300MW上调至600MW时，这种限流作用造成环形引线内部冷却条件迅速恶化，水温快速升高，从而导致水中气体析出，并逐渐积聚在B相上次环形引线的顶部。积聚的气体减小了流过该环形引线内部管路的水流量，使环形引线的温度进一步升高，加速水中气体的析出，流过环形引线的内冷水温度不断升高甚至沸腾汽化，由开始的“气阻”逐步恶化形成“汽堵”。直至该环形引线因为内部汽压升高温度升高而发生爆裂，导致B相该分支的电流全部转移到与之并联的另一分支，造成另一分支的7根定子下层线棒因电流倍增过热而烧损。本次事件的故障机理如图3。

同时，发电机厂家出厂图中仅有该节流孔板的图示而无其他任何参数，实际供货出现内径尺寸错误，为本次事件埋下了重大隐患。在基建期间，安装单位在实际供货与设计图纸存在差异的情况下，仅简单地将流量孔板上的取样管焊死，未向业主方提交该差异的报告，暴露出现场安装管理存在漏洞。

6.2 国内同类案例对比

大型汽轮发电机定子线圈环形引线汽堵过热烧毁的主要特征是新机组投运才几百小时，国内几次相类似事故证明因为冷却水管路异常，流量降低造成汽堵现象，最终导致环形引线烧毁，是新机组刚投运时容易出现的事故[1]。国内同类案例对比如表1。

本次事故#2发电机从投运至今已有四年时间，以往的大小修检查中未发现任何异常现象，各项试验数据均亦合格。发生本次故障时，定子冷却水流量88t/h，在额定流量87t/h～93t/h范围内;温度监测异常、轴振超标和紧急停机发生在10分钟内，十分突然。这是因为，600MW汽轮发电机虽然在绝缘引水管出水的水接头上装设有测温元件，监测出水温度，但是在环形引线局部过热甚至烧损过程中，由于环形引线的冷却水路中既有并联又有串联，且测温元件只能监测两个环形引线冷却水合并后的水温，因此出水温度并不能准确地反应出单个环形引线的异常，多次事故表明，即便其中一根引线堵塞烧毁，出水口处监测的温度仍然没有明显变化[2]。

7 整改和預防措施

8 结语

600MW汽轮发电机定子环形引线是发电机的一个重要组成部件，如果环形引线有故障，将导致发电机被迫停运，检修工期较长、损失较大。因此在发电机日常运行中要注意出线套管出水温度、绝缘过热监测装置等参数的跟踪，确保发电机的安全运行。

#2发电机经过本次停机排查和故障处理，确认环形引线内部冷却水管路的水流量低，是由于发电机底部小汇流管的外接连通管上节流孔板的内径过小，对环形引线内部冷却水起到限流作用造成的。采取“取消该错误安装的节流孔板”的整改措施后，电厂针对#1、#2发电机实施了相关预防措施，增加日常维护和检修内容，两台机组一直正常运行，再未发生过类似事件。

参考文献：

[1]沈梁伟.大型汽轮发电机定子绕组环形引线气堵烧毁的分析[J].大电机技术，2007（07）：1-3.

[2]刘玉新.600MW汽轮发电机环形引线“汽堵”烧毁故障研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2012.

[3]张国忠.国产600MW机组汽轮机快速冷却技术的应用[J].机电信息，2011（27）：145-146.

[4]杨补运.600MW机组停机后的空气强制冷却[J].华北电力技术，2005（02）：48-50.

[5]黄振等.某600MW汽轮发电机转子匝间短路故障诊断[J].广东电力，2014，27（04）：18-20.