勞文杰 高炎
摘 要:通過(guò)一起燃機(jī)發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中解列停機(jī)事故,系統(tǒng)的分析轉(zhuǎn)子燒損原因,對(duì)導(dǎo)電螺桿、軸向引線、端部墊塊、匝間絕緣結(jié)構(gòu)及相應(yīng)工藝措施進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),有效的保證設(shè)備的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
關(guān)鍵詞:發(fā)電機(jī);導(dǎo)電螺桿;軸向引線;端部絕緣墊塊;槽絕緣
Abstract:Based on the analysis of the rotor burning loss and the shutdown accident during operation of a gas turbine generator, the conductive screw, axial lead, end pad, inter-turn insulation structure and corresponding technological measures are optimized and improved to effectively ensure the continuous and stable operation of the equipment.
Key words:Generator? Conductive screw? The axial lead? End insulation cushion block? Slot insulation
燃機(jī)發(fā)電機(jī)組由低熱值燃?xì)廨啓C(jī)、燃機(jī)發(fā)電機(jī)、煤氣壓縮機(jī)等組成,汽端對(duì)接燃機(jī),勵(lì)端拖動(dòng)離心式煤氣壓縮機(jī)。因廠房布置緊湊,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子抽穿檢修困難,自投運(yùn)以來(lái)未進(jìn)行過(guò)離線檢修。在并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中,勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓突升,燃機(jī)發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)解列。
一、發(fā)電機(jī)保護(hù)配置
發(fā)電機(jī)保護(hù)采用兩套GE G60組成雙重化保護(hù),配置有發(fā)電機(jī)差動(dòng)、接地、過(guò)電壓、低電壓、過(guò)頻、過(guò)電流、失磁、負(fù)序、定時(shí)限過(guò)流等保護(hù),沒(méi)有配置轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)。
(1)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)
發(fā)電機(jī)采用靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng),勵(lì)磁裝置為ELIN公司的THYN5系列。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器內(nèi)的主要參數(shù):
最大勵(lì)磁電流限制(延時(shí))? ? ? 800A
勵(lì)磁電流限制時(shí)間常數(shù)? ? ? ?5000
最大勵(lì)磁電流限制(無(wú)延時(shí))? ? 1219A
最小勵(lì)磁電流限制? ? ? ? 191A
(2)發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)的阻抗,如果繼電保護(hù)裝置發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)阻抗低于瞬時(shí)電抗,將觸發(fā)整機(jī)跳閘動(dòng)作。為了使保護(hù)參數(shù)與發(fā)電機(jī)負(fù)載相匹配,繼電保護(hù)裝置提供了按30%或更高的發(fā)電機(jī)負(fù)載值進(jìn)行整定和可適應(yīng)任何種類的負(fù)載的2種設(shè)定方式。
(3)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)
轉(zhuǎn)子接地保護(hù)通過(guò)ELIN勵(lì)磁柜內(nèi)的DRS-MMT實(shí)現(xiàn)。DRS-MMT通過(guò)電橋平衡原理測(cè)量直流勵(lì)磁正負(fù)對(duì)地的絕緣,設(shè)置了兩極,第一級(jí)為50kΩ動(dòng)作,第二級(jí)為5kΩ動(dòng)作,兩級(jí)均為報(bào)警,沒(méi)有跳閘功能。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子保護(hù)接線原理見(jiàn)圖1:
二、故障過(guò)程DCS曲線(見(jiàn)圖2、圖3)
三、轉(zhuǎn)子解體后情況
(1)端部墊塊固定方式采用絕緣膠木塊頂部與NOMEX紙鉚釘固定,NOMEX紙?jiān)僬辰Y(jié)在端部線圈頂部(見(jiàn)圖4)。部分線圈端部墊塊松動(dòng)(見(jiàn)圖5),拔掉護(hù)環(huán)后,部分端部墊塊在NOMEX紙上的粘結(jié)劑干化以后掉落。
(2)轉(zhuǎn)子徑向?qū)щ娐輻U外套絕緣墊塊和鎖緊螺母,通過(guò)鎖緊螺母將導(dǎo)電螺桿與軸向引線壓緊以確保其導(dǎo)電性,接觸部位采用表帶式多觸點(diǎn)襯套導(dǎo)電,軸向引線為剖分式中間夾絕緣板結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖6)。轉(zhuǎn)子徑向?qū)щ娐輻U與軸向引線接觸部位燒蝕,徑向螺桿與轉(zhuǎn)子磁極線圈連接的Ω引線斷裂。
(3)轉(zhuǎn)子上有鐵塊熔化物和鐵渣吸附,磁化現(xiàn)象較為嚴(yán)重,最內(nèi)側(cè)磁極線圈槽絕緣燒損,槽口小齒燒融。
四、原因分析
根據(jù)DCS曲線及轉(zhuǎn)子解體后情況分析,事故的發(fā)生主要可分為4個(gè)時(shí)間階段。
(1)該發(fā)電機(jī)組采用鋼鐵企業(yè)焦?fàn)t煤氣燃燒發(fā)電,受生產(chǎn)約束運(yùn)行于較頻繁啟停工況。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子徑向?qū)щ娐輻U的固定螺母無(wú)防松結(jié)構(gòu)易松動(dòng),螺桿晃動(dòng)失位導(dǎo)致磁極Ω引線出現(xiàn)部分疲勞斷裂,繼而出現(xiàn)電接觸不良、電阻異常等情況。同時(shí)松動(dòng)造成導(dǎo)電螺桿與軸向引線導(dǎo)電接觸不良引起螺桿與表帶式觸點(diǎn)襯套放電發(fā)生電腐蝕。
(2)事故發(fā)生前,發(fā)電機(jī)出口電壓有跌落現(xiàn)象,轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流升高,勵(lì)磁電壓隨之升高,而此時(shí)已部分?jǐn)嗔褟较蚵輻U磁極Ω引線無(wú)法承受強(qiáng)勵(lì)電流,導(dǎo)致徹底斷裂。磁極Ω引線斷裂后,轉(zhuǎn)子線圈開(kāi)路,在繞組中產(chǎn)生千伏級(jí)的高電壓擊穿轉(zhuǎn)子最內(nèi)側(cè)線圈槽絕緣,形成線圈接地;而徑向螺桿斷裂處也發(fā)生放電拉弧現(xiàn)象,轉(zhuǎn)子形成兩點(diǎn)接地,轉(zhuǎn)子槽口小齒燒熔,轉(zhuǎn)子被磁化。
(3)因該機(jī)組無(wú)兩點(diǎn)接地保護(hù)裝置,轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地后,線圈僅有8匝通電,其余6匝被隔斷,線圈安匝數(shù)只有原來(lái)的4/7,轉(zhuǎn)子線圈勵(lì)磁安匝數(shù)不夠,定子端電壓下降,勵(lì)磁調(diào)節(jié)器開(kāi)始強(qiáng)勵(lì)。超過(guò)強(qiáng)勵(lì)允許時(shí)間10s后,定子端電壓繼續(xù)下降,在故障持續(xù)進(jìn)行的13min時(shí)間段內(nèi),發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不斷地加勵(lì)磁電流,以維持發(fā)電機(jī)出口電壓,然后跌落,不斷重復(fù)加勵(lì)磁電流、再跌落的過(guò)程,直至發(fā)電機(jī)出口電壓無(wú)法維持。
(4)發(fā)電機(jī)出口電壓降低后,廠用電系統(tǒng)電壓受到影響隨之變低,引發(fā)副泵保護(hù)動(dòng)作,輔助系統(tǒng)跳機(jī),最終導(dǎo)致發(fā)電機(jī)最后解列停機(jī)。
五、改進(jìn)對(duì)策
(1)優(yōu)化端部絕緣墊塊裝配結(jié)構(gòu)
將原端部絕緣墊塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,采用扇形墊塊兩側(cè)斜面與端部線圈圓角撐緊,確保長(zhǎng)期運(yùn)行不松動(dòng)(見(jiàn)圖9)。
(2)優(yōu)化徑向?qū)щ娐輻U和軸向引線裝配結(jié)構(gòu)
將原螺母鎖緊式導(dǎo)電螺桿、表帶式觸點(diǎn)襯套結(jié)構(gòu)優(yōu)化為導(dǎo)電螺桿與軸向引線螺紋旋緊,避免松動(dòng);將原剖分式軸向引線結(jié)構(gòu)優(yōu)化為整體式絕緣筒,延長(zhǎng)絕緣壽命(見(jiàn)圖10)。
(3)優(yōu)化匝間絕緣結(jié)構(gòu)
采用無(wú)縫拼接組合式匝間絕緣結(jié)構(gòu),與銅排等寬設(shè)計(jì),匝間絕緣與銅排間采用耐高溫的粘結(jié)材料,清潔房?jī)?nèi)進(jìn)行整體嵌線,有效防止轉(zhuǎn)子匝間短路,提高轉(zhuǎn)子運(yùn)行可靠性(見(jiàn)圖11)。
(4)增加發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路兩點(diǎn)接地保護(hù)裝置和相關(guān)監(jiān)測(cè)裝置,如轉(zhuǎn)子匝間短路監(jiān)測(cè)裝置和局部放電監(jiān)測(cè)裝置。
(5)按照國(guó)家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T1766.1-2017及DL/T838-2003相關(guān)規(guī)范執(zhí)行發(fā)電機(jī)設(shè)備的檢修計(jì)劃和檢修項(xiàng)目。
六、結(jié)語(yǔ)
通過(guò)對(duì)一起燃機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子燒損事故的系統(tǒng)分析和優(yōu)化改進(jìn),解決了轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上的隱患,保證了設(shè)備的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
參考文獻(xiàn):
[1]楊貴恒.發(fā)電機(jī)組維修技術(shù).北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2017
[2]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).DL/T1766.1-2017 水氫氫冷汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)檢修導(dǎo)則
[3]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).DL/T838-2003 發(fā)電企業(yè)設(shè)備檢修導(dǎo)則