蘇曉亮

0 引言

南方某電廠2#發(fā)電機是哈爾濱動力設(shè)備有限公司生產(chǎn)的330MW全氫冷型汽輪發(fā)電機，2009年3月投入商業(yè)運行。在第一次大修完成后的啟機過程中，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較低時，發(fā)電機內(nèi)部出現(xiàn)“咚、咚”的響聲。

1 異響問題的特征

現(xiàn)場對2#發(fā)電機進行了啟機時的升速及打閘后的降速試驗，轉(zhuǎn)子繞組均未施加勵磁，因此處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。期間仔細偵聽了2#發(fā)電機內(nèi)部的異常響聲。該異響問題的發(fā)展過程可歸納如下：

（1）盤車狀態(tài)下，發(fā)電機內(nèi)部無異響。

（2）啟機升速至30～260r/min范圍時，發(fā)電機內(nèi)部開始出現(xiàn)“咚、咚”的異響，且異響發(fā)生的頻率與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一致，即轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)動一圈，異響就發(fā)生一次。

（3）當轉(zhuǎn)速高于300r/min時，異響消失。

（4）轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高到500～700r/min時，異響沒有出現(xiàn)；當轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高到700～3000r/min時，異響也沒有出現(xiàn)。

（5）汽機打閘后，發(fā)電機轉(zhuǎn)速開始下降。當轉(zhuǎn)速降至260～30r/min時，異響又開始出現(xiàn)。

（6）當轉(zhuǎn)速低于30r/min時，異響消失，直至盤車狀態(tài)，異響也沒有出現(xiàn)。

從聲音的響度來看，當轉(zhuǎn)速處于150～180r/min范圍內(nèi)時，聲音最響；其他轉(zhuǎn)速下，聲音較弱；而在異響剛開始出現(xiàn)或即將消失時，聲音最弱。當偵聽部位從勵端向汽端移動時，發(fā)現(xiàn)異響聲明顯變?nèi)?，說明汽端的異響聲從是勵端傳過去的，因此，發(fā)出異響的部位在發(fā)電機勵側(cè)[1]。

2 異響原因分析

根據(jù)現(xiàn)場偵聽到的情況來分析，認為造成異響的原因是轉(zhuǎn)子勵端護環(huán)下方轉(zhuǎn)子端部繞組的某一楔塊發(fā)生了松動。這種楔塊松動的現(xiàn)象在廣東省內(nèi)不少大型發(fā)電機上都曾經(jīng)出現(xiàn)過，如某電廠的2#發(fā)電機（600MW），當時轉(zhuǎn)子也未施加勵磁、處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，當轉(zhuǎn)速低于300r/min時，轉(zhuǎn)子勵端就會發(fā)出這種異響聲，其發(fā)聲頻率也與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一致，后拔掉護環(huán)檢查，發(fā)現(xiàn)是一楔塊松脫所致。從發(fā)生異響的情況來看，兩者具有高度的相似性。另外，在其他類似電廠也曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子護環(huán)內(nèi)部有楔塊掉出來落到發(fā)電機定子膛內(nèi)的現(xiàn)象。因此，發(fā)電機內(nèi)部出現(xiàn)這種異響現(xiàn)象并不罕見。

那么，除了因轉(zhuǎn)子護環(huán)下方的楔塊松動造成異響外，還有沒有其他原因也會造成異響呢？2009年4月，湛江某電廠2#發(fā)電機（300MW）在正常帶負荷運行時，就曾因鐵芯外部與定子外殼之間的通氫管道松脫而發(fā)出異響。2#發(fā)電機只要運行在210～230MW區(qū)間內(nèi)，發(fā)電機內(nèi)部就會出現(xiàn)“咣當、咣當”的金屬碰撞聲；而一旦偏離這一負荷區(qū)間，異響聲就會自行消失。后經(jīng)分析，這種異響問題是由于當發(fā)電機運行在這一特定的負荷區(qū)間內(nèi)時，電磁力以及各種應(yīng)力的綜合作用使得松脫的通氫管道發(fā)生共振而產(chǎn)生了異響。這種異響的頻率與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不一致，它是一種頻率很低的碰撞聲，遠低于轉(zhuǎn)子3000r/min的轉(zhuǎn)速。因此，這種現(xiàn)象顯然與本廠2#發(fā)電機內(nèi)部的異響情況不一樣。即便本電廠2#發(fā)電機內(nèi)部有松動的部件，由于轉(zhuǎn)子還處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，尚未施加勵磁，各種部件未受到任何電磁力的作用，因此不會造成共振而發(fā)出異響。如果是因為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時因機械應(yīng)力的傳遞而產(chǎn)生共振，它也不可能會在30～260r/min這么寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)發(fā)生共振。況且，電廠方面已對2#發(fā)電機內(nèi)部進行過仔細檢查，未見任何松動的部件。因此，對于本廠2#發(fā)電機而言，完全可以排除因此類部件松脫造成異響的可能性。

轉(zhuǎn)子端部繞組的楔塊松動后，為什么會產(chǎn)生異響呢？我們可以用下面的圖1來做一簡要說明。

圖1 轉(zhuǎn)子護環(huán)內(nèi)部端部繞組及楔塊相互之間的位置關(guān)系示意圖

從圖1中可見，楔塊插在兩個線圈端部繞組之間，對兩個線圈端部繞組起著緊固作用[2]，防止端部繞組在運行中發(fā)生不對稱的位移以及匝間絕緣墊條移位。正常情況下，楔塊夾在兩個線圈之間，與兩個線圈之間有一定的緊力。但由于線圈在制造廠嵌入下線時，每兩個線圈之間的間隔并非完全一樣寬，而楔塊的厚度卻是同樣的，因此，每個楔塊在兩個線圈之間受到的緊力就不一樣，有的較緊，而有的卻較松，這都是正?，F(xiàn)象。

當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，楔塊不僅受到本身重力以及兩個線圈對它的緊力的作用，而且還受到甩向外部的離心力的作用。當楔塊轉(zhuǎn)動到圖1中的A點時，重力和離心力的方向一致。當楔塊隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到C點時，楔塊的重力與離心力方向相反。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不高時（例如轉(zhuǎn)速低于30r/min），無論在A點還是C點，緊力均大于離心力與重力的合力，因此，楔塊仍將固定在兩個線圈之間，不會發(fā)生移動。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)時（例如處于30～260r/min），離心力的作用開始增大。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到A點時，若緊力小于楔塊的重力和離心力之和，楔塊將向護環(huán)及其下方的絕緣層移動并發(fā)生撞擊聲。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到C點時，由于離心力尚小于重力，楔塊將脫離護環(huán)并回落至原來的位置。當轉(zhuǎn)子再次轉(zhuǎn)到A點時，楔塊又將重復上一次在A點的運動形式，與護環(huán)發(fā)生撞擊。因此，撞擊聲的頻率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相吻合。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大時（例如大于260r/min），離心力大于楔塊的重力，即便在C點位置，楔塊也不能自動回落到原來的位置，而是繼續(xù)貼緊在護環(huán)內(nèi)表面。這時，楔塊將不再與護環(huán)內(nèi)表面發(fā)生撞擊，因此，撞擊聲就消失了。

3 對運行的影響

由于轉(zhuǎn)子通常工作在額定轉(zhuǎn)速下，松動的楔塊在離心力的作用下，緊貼在護環(huán)內(nèi)表面，不會來回發(fā)生撞擊，因此，并不會影響發(fā)電機帶負荷運行。但對于調(diào)峰運行的燃氣輪發(fā)電機來說，情況比較特殊，這主要是因為燃氣輪發(fā)電機每天啟機、停機各一次，松動的楔塊在兩個線圈之間來回移動的次數(shù)要遠遠高于普通的汽輪發(fā)電機（以每次啟機或停機各發(fā)出異響100次來計算，楔塊在一年內(nèi)將發(fā)生100×2×365=73000次）。因此，楔塊很容易發(fā)生磨損。若楔塊發(fā)生嚴重磨損，對發(fā)電機的運行主要有以下兩點不利影響：

（1）可能由于楔塊發(fā)生嚴重磨損，造成兩個線圈端部之間的間隙太大。當線圈端部失去緊力支撐后，在運行中就可能發(fā)生不對稱的位移，并可能逐漸發(fā)生匝間短路故障，引起發(fā)電機轉(zhuǎn)子異常振動等其他一系列問題。

（2）在發(fā)電機啟機、停機過程中，轉(zhuǎn)子護環(huán)下方松動的楔塊可能掉出來，落到發(fā)電機定子端部繞組上，并隨著發(fā)電機定子繞組的端部振動而振動。如果落下的楔塊緊貼住定子繞組端部線棒，在振動中與線棒表面的絕緣層發(fā)生碰磨，那么隨著時間的推移，將逐漸磨穿線棒表面的絕緣層，并最終導致定子短路接地故障[3]。

4 結(jié)語

在機組實際運行中，工況復雜多變，基于上述考慮，對2#發(fā)電機的后續(xù)運行提出以下建議：

（1）在每次啟機或停機時，應(yīng)盡量縮短轉(zhuǎn)子在30～260r/min轉(zhuǎn)速區(qū)間運行的時間，從而有效減少楔塊與線圈之間的摩擦次數(shù)。

（2）在每次啟機或停機時（甚至在發(fā)電機帶負荷運行時），均應(yīng)安排專人對異響聲進行監(jiān)聽，以便及時發(fā)現(xiàn)異響聲的變化情況。

（3）一旦發(fā)現(xiàn)異響聲消失，可能說明楔塊已從轉(zhuǎn)子護環(huán)中掉了出來。根據(jù)上述分析，脫落的楔塊可能成為威脅發(fā)電機安全運行的隱患。因此，應(yīng)及時予以排查，消除隱患。

［參考文獻］

[1]吳希再.電力工程[M].武漢：華中理工大學出版社，2003.

[2]熊信銀.發(fā)電廠電氣部分[M].3版.北京：中國電力出版社，2004.

[3]劉介才.工廠供電[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.