孫國彬，宋繼平

(大唐淮北發(fā)電廠，安徽淮北 235000)

390 MW發(fā)電機轉子故障分析與處理

孫國彬，宋繼平

(大唐淮北發(fā)電廠，安徽淮北 235000)

介紹了由美國GE公司授權制造的390 MW燃氣輪機發(fā)電機組,在運行2年及開停300多次后,再次啟動發(fā)生7X(7號軸瓦水平軸振)過臨界時振動值達到190 μm,嚴重超出規(guī)定允許值。繼續(xù)檢查、測量、分析判斷引進技術生產的發(fā)電機轉子線圈絕緣發(fā)生事故。對檢查、測量和分析處理的過程作了簡要介紹。

發(fā)電機；轉子；匝間絕緣；線圈位移；振動分析；動平衡

0 引言

熱電聯(lián)產是國內、外公認的有效節(jié)能措施，具有節(jié)約能源、改善環(huán)境、提高供熱質量、增加電力供應等綜合效益。熱電廠的建設是改善城市大氣環(huán)境質量的有效手段之一，也是提高人民生活質量的公益性基礎設施。隨著國民經濟的發(fā)展和改革開放的不斷深入，全社會能源需求逐漸提高，我國能源應用結構也發(fā)生較大變化，海上石油天然氣的不斷開發(fā)、西氣東輸合理高效應用，促使沿?；蚪洕l(fā)達地區(qū)加大了燃氣發(fā)電機組的安裝和建設。改革開放以來，我國熱電聯(lián)產事業(yè)得到了迅速發(fā)展，對促進國民經濟和社會發(fā)展起到了重要作用。由于此類型機組，其起動、停機快捷，熱電燃機作為調峰機組，廣泛得到應用。但近幾年，由于應用引進技術在消化、吸收方面，還存在個別細節(jié)上的缺失，以致引發(fā)引進技術設備的設備事故。如何根據(jù)燃機機組頻繁起、停機的特點，科學吸收外方技術優(yōu)勢，對多方生產制造的大型設備系統(tǒng)進行成套安裝調試等, 提高引進技術設備的質量值得深思。

1 設備事故簡況

1.1 發(fā)電機是由美國GE公司授權制造。型號390H，主要參數(shù)為：視在功率468 MVA、有功功率397.8 MW、功率因數(shù)0.85、2極、3相、50 Hz、3 000 r/min、Y接線、全氫冷、F級絕緣、額定電壓19kV、額定電流14 221 A、 勵磁電壓750 V、 勵磁電流2 360 A、 線圈溫度103℃、 鐵心溫度120℃、氣體溫度40℃、氫氣純度98%、氫氣壓力414 kPa。

1.2 2號機組于2007年3月5日投產。至2009年2月事發(fā)前，該燃機作為調峰機組，頻繁起、停機，整套發(fā)電機組運行狀況良好。機組正常運行時7瓦軸振水平基本穩(wěn)定在70 μm。但自2009年3月份以來，啟動時在過一階臨界轉速(約840 r/min)時的振動數(shù)據(jù)呈逐漸上升趨勢，在3月21日高達到190 μm。

2 事故設備檢查過程及分析

3月30日機組經冷卻后停止盤車，分別測量了零轉速下轉子的直流電阻和交流阻抗及3 000轉下交流阻抗，零轉速下交流阻抗與交接時相比下降約17%。3 000轉下交流阻抗下降約38%?；敬_定發(fā)電機轉子存在匝間短路。

3月24日，請東南大學國家振動中心專家、江蘇電力科學研究院的有關技術人員來廠現(xiàn)場進行振動測試分析。進行了兩次升速試驗，在升速過程中(發(fā)電機加勵磁)，7X(7號軸瓦水平軸振)過臨界時振動峰值分別達到161 μm和181 μm，而在降速過程中，發(fā)電機去勵磁后，振動立即恢復至正常值。說明發(fā)電機異常振動與加載勵磁相關。

與省調度中心聯(lián)系，安排2號機組檢修，進行發(fā)電機的故障檢修處理，現(xiàn)場進行抽發(fā)電機轉子工作。4月10日將發(fā)電機轉子抽出。現(xiàn)場進行兩極電壓試驗，兩極電壓差為26 V左右。說明確實存在匝間短路。進一步進行分部電壓測量，判斷匝間短路存在于第6槽和第9槽。

在拆除勵側護環(huán)，檢查發(fā)現(xiàn)端部線圈R彎處的匝間絕緣移位現(xiàn)象嚴重，膠水已經沒有粘性，有的已經跑出。拆除汽側護環(huán)，檢查端部線圈匝間絕緣，R彎處的匝間絕緣移位現(xiàn)象比勵側更加嚴重，普遍存在。端部直線部分的匝間絕緣也有移位。從端部情況來看匝間短路不是一點，而是存在多點故障和絕緣位移的情況，需要更換全部轉子繞組的直線絕緣和端部絕緣并涂膠中溫固化，由于現(xiàn)場和南京汽輪發(fā)電機廠均不具備轉子線圈中溫加熱固化和高速動平衡的條件，決定返中國哈動哈爾濱電機廠檢修。立即聯(lián)系大件運輸單位調運車輛，于4月18日20時將發(fā)電機轉子裝車后出發(fā)返廠處理。處理將要經過線圈拆除、清理、中溫固化、下線、試驗、動平衡等多道工序，處理時間大約20多天。派專人與哈電協(xié)調轉子返廠處理。

端部匝間絕緣的情況見圖1。

圖1 端部匝間絕緣

端部直線部分明顯的匝間短路點在勵側第3、4匝(見圖2、圖3)，槽內部分的匝間絕緣有脫膠(見圖4)、斷裂(見圖5)、移位等現(xiàn)象。

圖2 匝間短路點之一

圖3 匝間短路點之二

圖4 匝間絕緣脫膠

圖5 匝間絕緣斷裂

3 故障設備解體處理與原因分析情況

哈爾濱電機廠對電廠2號發(fā)電機轉子匝間絕緣移位的分析及處理。

3.1 故障設備產品背景

該廠1號、2號燃氣輪機發(fā)電機組，是在GE動力系統(tǒng)許可證項下，哈爾濱電機廠有限責任公司(簡稱HEC)制造的 390H 型產品，分別于2006年8月30日和2006年10月30日出廠。該型產品技術是GE公司成熟的設計和制造技術，同類型設計結構機組在全球范圍內，運行臺數(shù)較多。

該電廠1號、2號發(fā)電機，在HEC的出廠工作編號分別為A00346-14 和A00346-15，該廠的2號發(fā)電機轉子出現(xiàn)匝間絕緣移位，是HEC此型號產品首次發(fā)生、也是首臺采用GESUPPLY提供的成品匝間絕緣墊條(含槽部、轉角和弧部)作為轉子銅線間的絕緣材料。這種匝間絕緣墊條涂有B 階段粘接膠。

事件回顧：該電廠2號發(fā)電機自2007年3月5 日投產以來，發(fā)電機運行狀況良好，累計啟停機327次 。2009年3月份始，該機7X (7號軸瓦水平軸振)軸振呈逐漸上升趨勢。在機組啟動過程中，當轉子升速過發(fā)電機一階臨界轉速時(約800 r/min)，發(fā)電機前軸承7X 軸振有明顯增大，最大達到192 μm。2009 年3月30日電廠停盤車后進行了轉子直流電阻、轉子交流阻抗試驗。試驗發(fā)現(xiàn)：轉子交流阻抗較發(fā)電機安裝交接試驗數(shù)據(jù)有較大變化，以150 V 試驗數(shù)據(jù)為例，變化約17%。

針對上述振動及電氣試驗，HEC電派遣質量保證部和汽發(fā)分廠專業(yè)人員赴電廠進行再次確認，判定轉子存在匝間短路的可能性。為了保證診斷準確性，需將轉子抽出后進行相關試驗，將試驗結果與出廠試驗數(shù)據(jù)進行比較。4 月10 日，轉子抽出后進行了相關試驗并進行了轉子端部窺鏡檢查，確認轉子匝間短路，端部轉角絕緣80%移位，如圖6、圖7所示。

圖6 轉子端部檢查之一

圖7 轉子端部檢查之二

電廠方希望在保證質量的前提下，力爭現(xiàn)場進行故障處理。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，4月11日上午HEC召開故障處理會議，組織工具和搶修材料。4月12日搶修工具和第一批材料包裝發(fā)貨，同時派遣產品設計部、制造工藝部、絕緣室、線圈分廠、汽發(fā)分廠專業(yè)人員等人赴現(xiàn)場。為保證現(xiàn)場工期要求，緊急組織和生產第二批搶修材料，同時現(xiàn)場人員進行拆護環(huán)和線圈工作。

在現(xiàn)場拆除9號線圈后，發(fā)現(xiàn)槽內直線段匝間絕緣也存在移位、斷裂、重疊、成波浪狀、凹陷等不同現(xiàn)象的絕緣損壞，需更換匝間絕緣。匝間絕緣的固化溫度要達到120℃以上，而現(xiàn)場不具備加熱用烘爐。經電廠多方努力，仍不具備現(xiàn)場固化匝間絕緣的條件，4月17日電廠方同意返廠修復。4月21 日21時30分，2號機轉子運輸車進入HEC廠房，當即開始了搶修的一系列工作，將直至轉子修復合格出廠。

3.2 轉子匝間絕緣移位的現(xiàn)象

轉角匝間絕緣大部分偏移，其中往外甩的多，內R處也有甩出，個別的掉出，見圖8，圖9。

圖8 轉角絕緣甩出

圖9 轉角絕緣內R 處甩出

3.3 直線端部絕緣部分甩出

直線端部絕緣甩出，見圖10，圖11。

圖10 端部絕緣甩出之一

圖11 端部絕緣甩出之二

槽內線圈邊上、孔里有膠溢痕跡，見圖12～圖15。

圖12 轉角處流膠之一

圖13 槽內流膠之一

圖14 轉角處流膠之二

圖15 槽內流膠之二

位于兩端槽內1 m 范圍內的直線匝間絕緣大部分已粘接不牢，槽內絕緣成波浪狀、斷裂、重疊、移位，見圖16、圖17。

圖16 槽內絕緣之一

圖17 槽內絕緣之二

3.4 設備發(fā)生事故的技術因素分析

經全臺線圈拆出和對匝間絕緣粘接狀態(tài)的細致查看，經技術分析認為：匝間絕緣移位的主要原因是絕緣墊條和銅排粘接強度不高所致。

本臺產品使用的匝間絕緣材料由美國 GE 公司提供，匝間墊條上自帶粘接膠，HEC 首次(僅采購了3 臺份此種匝間絕緣)使用。390H 型產品的技術引進中，不包括有關絕緣方面的技術轉讓，在不完全掌握外方工藝的前提下采用了HEC 原有匝間絕緣烘壓工藝。本臺產品粘接后，未發(fā)現(xiàn)有開裂現(xiàn)象便進行下線。

據(jù)現(xiàn)場所見匝間絕緣粘接狀態(tài)及溢膠現(xiàn)象，可以確定，有些匝間墊條上的粘接膠并沒有完全固化好，使粘接強度未達到最佳狀態(tài)。

用于定位刷的少量 JX-9 膠，固化較好，但其粘接面積不均勻，造成JX-9 膠粘接點間那些粘接強度不高的墊條開膠后產生變形、抻開、斷裂、折疊等現(xiàn)象。這更證明自帶粘接膠的匝間墊條粘接強度不高。

燃機作為調峰機組，而頻繁起停機，使得轉子銅線和直線匝間絕緣熱漲及冷縮交替頻繁，更使上述缺陷嚴重化。

4 修復處理結果及預防措施

1) 2號機轉子返廠，按《××××發(fā)電廠2號機轉子返哈爾濱電機廠有限責任公司搶修方案》執(zhí)行。 HEC將××××發(fā)電廠2號機轉子匝間絕緣粘接采用HEC 成熟的工藝和材料。在保證質量的前提下，按《返修方案》，傾全力(人員、工裝設備、材料組織)、加班加點工作，力爭用最短時間將修復后的轉子送出廠。

2) 同型號1號機轉子絕緣故障的預防。運行中關注各振動值變化，停機時要做轉子的內窺鏡和相關的電氣檢查，以判斷匝間絕緣粘接狀態(tài)。

孫國彬，男，1963年生，高級技師/工程師，從業(yè)大唐淮北發(fā)電廠，從事電氣設備運行與管理32年，大唐集團公司最近3屆“112”(B)人才，研究方向—電力系統(tǒng)及其自動化。

宋繼平，男，1972年生，大學，高級工程師，從事電氣設備運行與管理工作，研究方向—電力系統(tǒng)及其自動化。