李漣，羅新榮，楊夕云

(湖南省火電建設(shè)公司，湖南省株洲市，412000)

0 引言

國內(nèi)某大型燃煤發(fā)電廠2號機(jī)組配置了引進(jìn)西門子技術(shù)生產(chǎn)的水－氫－氫汽輪發(fā)電機(jī)［1］，型號為THDF 125/67，額定功率為1 000 MW，額定電壓為27 kV，額定電流為23.778 kA。機(jī)組在首次并網(wǎng)2.5 h、負(fù)荷271.36 MW時，發(fā)電機(jī)出線盒內(nèi)發(fā)生定子短路事故。事故由單相對地短路發(fā)展為兩相短路，最后發(fā)展為三相短路，短路持續(xù)時間約為70 ms，短路點(diǎn)最大短路電流為224.9 kA，是額定電流的9.46倍。事故發(fā)生后，打開發(fā)電機(jī)端蓋，抽轉(zhuǎn)子檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)出線套管及勵端匯水管損壞嚴(yán)重，發(fā)電機(jī)定子及轉(zhuǎn)子嚴(yán)重污染，污染物中含有銅、鐵、鋅等金屬，其他部位未見明顯的損壞。經(jīng)各方研究后決定，發(fā)電機(jī)定子留在現(xiàn)場修復(fù)，轉(zhuǎn)子則返廠修復(fù)。

發(fā)電機(jī)定子現(xiàn)場修復(fù)工作主要包括清理表面污染物、吹掃風(fēng)道、更換發(fā)電機(jī)匯水管和出線套管等，修復(fù)工期約2個月。該型號發(fā)電機(jī)短路事故在國內(nèi)屬首次，現(xiàn)場修復(fù)沒有經(jīng)驗(yàn)可循，特別是發(fā)電機(jī)定子鐵芯背部、鐵芯軸向風(fēng)道、機(jī)座風(fēng)道等難以到達(dá)部位的污染物清理是現(xiàn)場修復(fù)的難題。通過分析發(fā)電機(jī)氫氣冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，最終確定采用大流量風(fēng)對冷卻風(fēng)道進(jìn)行吹掃的方案。該方案在實(shí)施中分定子鐵芯背部及機(jī)座風(fēng)道吹掃、定子鐵芯軸向風(fēng)道反向通風(fēng)吹掃、模擬發(fā)電機(jī)運(yùn)行情況整體通風(fēng)吹掃3個階段，連續(xù)吹掃11次，為期7天，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

1 發(fā)電機(jī)定子氫氣冷卻系統(tǒng)

該機(jī)組發(fā)電機(jī)定子氫氣冷卻系統(tǒng)［2］如圖1所示。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時，借助轉(zhuǎn)子汽端的1臺多級軸流風(fēng)扇使發(fā)電機(jī)冷卻氫氣形成密閉循環(huán)，對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、定子鐵芯、出線套管等部位進(jìn)行冷卻［3］。氫氣冷卻器出來的冷氫氣通過機(jī)座風(fēng)道流入勵側(cè)端部的空間，經(jīng)齒壓板進(jìn)入定子鐵芯內(nèi)的軸向風(fēng)道，從鐵芯吸取熱量后進(jìn)入汽側(cè)端部區(qū)域，通過轉(zhuǎn)子軸流風(fēng)扇返回氫氣冷卻器。定子鐵芯分段設(shè)計，其背部通過孔洞與機(jī)座風(fēng)道相通。發(fā)電機(jī)出線套管及相間連線流出的熱氫氣通過出線盒風(fēng)道返回汽側(cè)端部區(qū)域。發(fā)電機(jī)定子內(nèi)膛直徑為4.15 m，轉(zhuǎn)子內(nèi)膛直徑為1.41 m，機(jī)座風(fēng)道通流面積約為1.2 m2，發(fā)電機(jī)鐵芯軸向風(fēng)道通流面積約為0.6 m2。

圖1 發(fā)電機(jī)定子氫氣冷卻系統(tǒng)Fig.1 Hydrogen cooling system of generator stator

2 定子吹掃前的工作

在采用大流量風(fēng)吹法前先對發(fā)電機(jī)進(jìn)行清理，包括揭開發(fā)電機(jī)端蓋，抽出轉(zhuǎn)子，吊出氫氣冷卻器，拆除損壞的引線及出線套管;用帶電清洗液清洗發(fā)電機(jī)定子鐵芯的可視區(qū)域、汽勵兩端線圈端部、錐環(huán)背面、并聯(lián)環(huán)、機(jī)座和出線盒;用大功率吸塵器清理發(fā)電機(jī)定子兩側(cè)及底部的16個人孔門等。

3 定子冷卻風(fēng)道吹掃系統(tǒng)

發(fā)電機(jī)定子冷卻風(fēng)道吹掃系統(tǒng)如圖2所示。因冷卻風(fēng)道吹掃對溫、濕度的要求不高，而且修復(fù)時氣候條件較好，晝夜溫度為13～23℃，濕度小于80%，故未考慮溫、濕度控制措施。采用電廠正式密封風(fēng)系統(tǒng)作為吹掃風(fēng)源，安裝臨時吹掃管路。臨時管道(φ1 020 mm×5 mm Q235焊接鋼管)從2號機(jī)組鍋爐房的磨煤機(jī)密封風(fēng)母管引出，上穿到給煤機(jī)平臺，通過汽機(jī)房B排柱進(jìn)入汽機(jī)房運(yùn)行層，最后連接到發(fā)電機(jī)汽端臨時密封鋼板中央圓孔。臨時密封圓鋼板直徑為4.15 m，厚為10 mm，用發(fā)電機(jī)端面原有固定螺栓固定。為了保證吹掃風(fēng)的清潔度，風(fēng)道入口裝1個外型尺寸為3.6 m×3.6 m的過濾器，其內(nèi)部設(shè)置了36個尺寸為600 mm×600 mm的精濾網(wǎng)。在發(fā)電機(jī)定子勵端第1階段吹掃時用腳手架和帆布制作了1個4.5 m×4.5 m的風(fēng)罩式出風(fēng)口，第2階段吹掃時改用1根外徑為1.02 m、厚為5 mm的 Q235焊接鋼管作為出風(fēng)口，吹掃時將風(fēng)引至汽機(jī)房擴(kuò)建端窗戶外。轉(zhuǎn)子室兩側(cè)封堵堵板用木板制作(直徑為1.4 m、厚為 40 mm)。電廠一次風(fēng)機(jī)的總升壓為22 kPa，風(fēng)量為112.5 m3/s;密封風(fēng)機(jī)的總升壓為8 kPa，風(fēng)量為13.89 m3/s。正常運(yùn)行時密封風(fēng)壓力為20 kPa，通過調(diào)節(jié)密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口風(fēng)門擋板，基本可以滿足吹掃對風(fēng)量和風(fēng)壓的要求。

圖2 發(fā)電機(jī)定子冷卻風(fēng)道吹掃系統(tǒng)Fig.2 Blowing system of stator cooling ducts

4 發(fā)電機(jī)定子吹掃

4.1 第1階段吹掃

4.1.1 風(fēng)路設(shè)置

第1階段吹掃目標(biāo)是清理定子鐵芯背部及機(jī)座風(fēng)道的污染物。采用2臺密封風(fēng)機(jī)并聯(lián)吹掃，根據(jù)發(fā)電機(jī)設(shè)計參數(shù)，吹掃風(fēng)壓為1.4 kPa、流量為21 m3/s。如圖3所示，從汽端氫氣冷卻器進(jìn)風(fēng)，流經(jīng)定子鐵芯背部、機(jī)座風(fēng)道、出線盒風(fēng)道后由機(jī)座勵端出風(fēng)口出風(fēng)。風(fēng)路設(shè)置為:

(1)鐵芯膛內(nèi)汽、勵兩端用2塊木板(直徑為1.4 m、厚為40 mm)封堵，在木板與鐵芯的接觸面處墊橡膠板保護(hù)，2塊堵板用鐵絲對拉、緊固成一體。

(2)氫氣冷卻器底部、頂部用產(chǎn)品蓋板封閉，擋風(fēng)板中間大孔用加工的蓋板封堵。

(3)機(jī)座兩側(cè)及底部彈簧板窗口(共16個)用產(chǎn)品蓋板封閉。

圖3 定子鐵芯背部及機(jī)座風(fēng)道吹掃系統(tǒng)Fig.3 Blowing system of stator core backside and generator base ducts

(4)機(jī)座頂部兩端定子冷卻水總進(jìn)、出水管法蘭及汽、勵兩端匯水管總法蘭用臨時蓋板封堵。

(5)出線盒內(nèi)6個出線套管法蘭用臨時蓋板封閉，出線盒側(cè)面2個人孔法蘭用產(chǎn)品蓋板封閉。

(6)出風(fēng)口安裝濾網(wǎng)作為靶板，用來查看清理效果。

4.1.2 吹掃情況

第1階段吹掃進(jìn)行了2次，累計時間7 h。吹掃后，檢查勵端出口處濾網(wǎng)無明顯污染物，機(jī)座風(fēng)道內(nèi)無雜物，出線盒底部有少量顆粒狀灰塵及碎木片、漆皮等雜物，敞開式出風(fēng)口內(nèi)有少量顆粒狀雜物，達(dá)到了吹掃的目的。

4.2 第2階段吹掃

4.2.1 風(fēng)路設(shè)置

第2階段吹掃目標(biāo)是清理定子鐵芯軸向風(fēng)道的污染物。根據(jù)發(fā)電機(jī)設(shè)計參數(shù)，吹掃風(fēng)壓為30 kPa，流量為9 m3/s。因風(fēng)壓較高，故用2臺密封風(fēng)機(jī)串聯(lián)吹掃。如圖4所示，從汽側(cè)端部進(jìn)風(fēng)，流經(jīng)定子鐵芯軸向風(fēng)道、出線盒風(fēng)道后由機(jī)座勵端出風(fēng)口出風(fēng)。定子鐵芯軸向風(fēng)道內(nèi)風(fēng)的流向與發(fā)電機(jī)運(yùn)行時相反。風(fēng)路設(shè)置為:

(1)出風(fēng)口由第1階段吹掃時的風(fēng)罩式出風(fēng)口改為鋼管出風(fēng)口。

(2)拆除第1階段吹掃時氫氣冷卻器中間大孔處堵板。

(3)機(jī)座風(fēng)道8個通風(fēng)孔用鋼板封堵。

(4)其余部位的封堵情況與第1階段相同。

圖4 定子鐵芯軸向風(fēng)道吹掃系統(tǒng)Fig.4 Blowing system of stator core axial ducts

4.2.2 吹掃情況

本階段共進(jìn)行了6次吹掃。第1次吹掃累計時間為5 h，吹掃后檢查勵端出風(fēng)口濾網(wǎng)，發(fā)現(xiàn)顏色為黑灰色，濾網(wǎng)溝槽底部有非金屬小顆粒。第2次吹掃累計時間為3 h，吹掃后檢查濾網(wǎng)，顏色只有輕微的變化，無明顯顆粒。打開出線盒人孔檢查，除局部位置有少量環(huán)氧物顆粒，無其他明顯雜物;拆開汽端進(jìn)風(fēng)口過濾器檢查，過濾網(wǎng)背風(fēng)面較干凈，無明顯污染，而迎風(fēng)面有少量灰塵，并在迎風(fēng)面底部發(fā)現(xiàn)有細(xì)小沙石顆粒，判斷灰塵和沙石顆粒是從磨煤機(jī)處吹過來的。因進(jìn)風(fēng)口濾網(wǎng)上未見黑灰色污染物，由此判斷第1次吹掃后出風(fēng)口濾網(wǎng)上的黑灰色污染物是從發(fā)電機(jī)定子鐵芯風(fēng)道吹出來的，從第2次吹掃后出風(fēng)口濾網(wǎng)只有輕微污染的情況來看，吹掃效果比較顯著。

第3、4次分別吹掃了8、2 h，吹掃后出風(fēng)口濾網(wǎng)均呈土灰色，污染物顏色明顯不同于發(fā)電機(jī)里的污染物顏色。懷疑進(jìn)風(fēng)風(fēng)源被污染，于是割開進(jìn)風(fēng)管道過濾器，發(fā)現(xiàn)其濾網(wǎng)迎風(fēng)面被土灰色灰塵嚴(yán)重污染。經(jīng)查找原因，發(fā)現(xiàn)在第3、4次吹掃中，由于1號機(jī)組鍋爐渣庫滿倉，從5 m層向地面直接排灰，因此污染了密封風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)源。于是清掃鍋爐房地面并更換進(jìn)風(fēng)口過濾器上的精濾網(wǎng)(進(jìn)風(fēng)面處全部安裝粗濾網(wǎng))。第5、6次累計吹掃時間分別為2、1 h。吹掃后檢查勵端出風(fēng)口濾網(wǎng)，無明顯污物;檢查勵端出線盒，也未見明顯污物，達(dá)到了吹掃目的。

4.3 第3階段吹掃

4.3.1 風(fēng)路設(shè)置

第3階段吹掃目標(biāo)是模擬發(fā)電機(jī)運(yùn)行情況整體通風(fēng)吹掃清理。用2臺密封風(fēng)機(jī)串聯(lián)吹掃，實(shí)際吹掃風(fēng)壓為31 kPa，流量為7.6 m3/s。如圖5所示，從汽端氫氣冷卻器進(jìn)風(fēng)，風(fēng)通過機(jī)座風(fēng)道進(jìn)入勵端端部，然后通過鐵芯軸向風(fēng)道、出線盒風(fēng)道回到汽側(cè)端部，再由氫氣冷卻器堵板下部的連接管道引出窗外。發(fā)電機(jī)風(fēng)道內(nèi)風(fēng)的流向與正常運(yùn)行時基本相同。風(fēng)路設(shè)置為:

(1)勵端處出風(fēng)管道內(nèi)在靠近端面堵板位置用堵板封堵。

(2)氫氣冷卻器大孔處用堵板封堵，在堵板下部開一圓孔，引出1根φ273 mm×4 mm無縫鋼管接至勵端φ1 020 mm×5 mm出風(fēng)管道上作為出風(fēng)口。

(3)拆除機(jī)座風(fēng)道8個通風(fēng)孔封堵鋼板。

(4)其余部位的封堵情況與第1階段相同。

圖5 模擬發(fā)電機(jī)運(yùn)行情況整體通風(fēng)吹掃Fig.5 Blowing for whole generator in simulation operation

4.3.2 吹掃情況

第3階段共進(jìn)行了3次吹掃，各次吹掃的累計時間依次為1.5、1、1 h。吹掃后檢查勵端出風(fēng)口濾網(wǎng)，無明顯污物;檢查汽、勵兩端機(jī)座風(fēng)道內(nèi)各可見部位，也未見明顯污物;用內(nèi)窺鏡檢查發(fā)電機(jī)定子膛內(nèi)各部位，無明顯污物，達(dá)到了吹掃目的。

5 吹掃效果檢驗(yàn)

為檢驗(yàn)吹掃效果，吹掃后進(jìn)行了發(fā)電機(jī)定子鐵損和電流泄漏及耐壓試驗(yàn)［4］，并在發(fā)電機(jī)檢修完成后再次整套啟動時進(jìn)行了檢查。

5.1 定子鐵損試驗(yàn)

發(fā)電機(jī)鐵芯如果受污染將導(dǎo)致鐵損增大。現(xiàn)場對發(fā)電機(jī)定子鐵芯進(jìn)行了鐵損試驗(yàn)，試驗(yàn)磁密為1.0 T、試驗(yàn)時間為90 min，齒的最高溫升為3 K左右，單位鐵損符合規(guī)定，定子鐵芯發(fā)熱均勻，熱成像監(jiān)測未發(fā)現(xiàn)熱點(diǎn)，與出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比基本無偏差。

5.2 定子電流泄漏及耐壓試驗(yàn)

定子繞組直流耐壓試驗(yàn)電壓為67.5 kV［5-6］，試驗(yàn)時間為1 min。定子吹掃前、后及連接線復(fù)裝烘焙后直流泄漏電流見表1。

表1 定子直流泄漏電流Tab.1 Stator DC leakage current

從表1可以看出，吹掃后比吹掃前三相直流泄漏電流均有明顯下降，說明吹掃效果顯著。針對C相繞組比其他兩相泄漏電流偏差大的情況，吹掃后對發(fā)電機(jī)作了進(jìn)一步清理，在勵端連接線復(fù)裝烘焙后，三相直流泄漏電流不平衡的問題得以消除。

5.3 整套啟動時檢查吹掃效果

發(fā)電機(jī)檢修完畢后再次整套啟動，發(fā)電機(jī)內(nèi)先不充氫氣，充0.5 MPa壓縮空氣，汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)定速為3 000 r/min并持續(xù)120 min。停機(jī)后打開發(fā)電機(jī)側(cè)面、底部及出線盒等處的人孔門檢查，僅在局部區(qū)域發(fā)現(xiàn)了少量漆皮、灰塵等雜物，沒有發(fā)現(xiàn)短路污染物，說明采用大流量風(fēng)吹法效果良好。

6 結(jié)語

采用大流量風(fēng)吹法清理發(fā)電機(jī)定子因短路事故產(chǎn)生的污染物效果較好，此方法對于類似事故處理具有一定的參考價值。

［1］顧守錄.1 000 MW 等級汽輪發(fā)電機(jī)參數(shù)選型［J］.華東電力，2004，32(9):47-48.

［2］上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司.THDF 125/67型發(fā)電機(jī)運(yùn)行和維護(hù)手冊［R］.上海:上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司，2006.

［3］蔡榮善.百萬千瓦級大型汽輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)冷卻方式論證［J］.上海大中型電機(jī)，2003(2):2-7.

［4］GB/T 1029—2005三相同步電機(jī)試驗(yàn)方法［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

［5］GB/T 7064—2008隱極同步發(fā)電機(jī)技術(shù)要求［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［6］DL/T 596—1996電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程［S］.北京:中國電力出版社，1997.