馬德玲

(大唐集團淮北發(fā)電廠,安徽 淮北 235000)

1 前言

電力系統(tǒng)改革廠網(wǎng)分開以來,各發(fā)電集團和社會能源企業(yè)為了搶占電量份額,紛紛建設(shè) 600MW級(或更大容量)的大機組。隨著電力工業(yè)迅速發(fā)展,大容量、高參數(shù)、高自動化已成為目前新建機組的基本機組類型。因此,對發(fā)電廠的生產(chǎn)管理、設(shè)備檢修和技術(shù)監(jiān)督工作的重點也需要根據(jù)這些特征的變化予以調(diào)整和改進。隨著國家能源政策的改革,目前在網(wǎng)運行的骨干機組,大多是 600MW機組。同時大多達到 A級檢修周期,其余也逐漸的,或者陸續(xù)運行到大修周期,即將面臨設(shè)備大修的問題。檢修質(zhì)量與工藝面臨新的考驗。機組在運行中反映的問題,設(shè)備在檢修過程中發(fā)現(xiàn)設(shè)備損壞等問題將全面凸現(xiàn),如何提高檢修質(zhì)量,改進檢修工藝,杜絕設(shè)備損壞事件重演,令廣大電力生產(chǎn)者和電力設(shè)備制造者思考。

2 近幾年 600MW機組暴露的設(shè)備技術(shù)問題及防范措施

2.1 發(fā)電機制造和安裝階段隱藏的缺陷和問題

發(fā)電機制造和安裝階段隱藏的缺陷和技術(shù)質(zhì)量問題遺留到生產(chǎn)運行中,成為近年來發(fā)電機安全運行的重大隱患。主要集中在發(fā)電機個別部位設(shè)計不當(dāng)、制造安裝質(zhì)量不良,造成發(fā)電機投運后出現(xiàn)定子單相接地、轉(zhuǎn)子一點接地、鐵心發(fā)熱、漏氫、定子內(nèi)冷卻水系統(tǒng)堵塞等方面。

2.1.1 發(fā)電機轉(zhuǎn)子引線夾板處用做機械固定的不銹鋼板斷裂故障

首先在浙江某電廠 3號 600MW發(fā)電機轉(zhuǎn)子上發(fā)生故障,造成發(fā)電機運行中轉(zhuǎn)子一點接地。2007年2月 27日,該廠 3號發(fā)電機在春節(jié)停機檢修結(jié)束后,啟動機組。在進行升速過程中,當(dāng)轉(zhuǎn)速升至1303r/min時,轉(zhuǎn)子出現(xiàn)一點接地報警。發(fā)電機停機后拆下轉(zhuǎn)子護環(huán)檢查發(fā)現(xiàn),故障原因為轉(zhuǎn)子引線夾板處用做機械固定的不銹鋼板(約 1mm厚,30mm寬)斷裂。在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高時,斷裂的不銹鋼在離心力作用下竄出,與轉(zhuǎn)子引線接觸導(dǎo)致接地故障。

針對某制造廠該同類型發(fā)電機的這一問題,在2007年的機組檢修中,對天津某發(fā)電廠 3號發(fā)電機及華北地區(qū)某電廠 1號發(fā)電機對該部位進行檢查,也發(fā)現(xiàn)存在同樣的問題,兩臺發(fā)電機轉(zhuǎn)子引線夾板處不銹鋼板均發(fā)現(xiàn)已經(jīng)斷裂。由于發(fā)現(xiàn)該問題比較及時,未造成發(fā)電機運行中出現(xiàn)轉(zhuǎn)子接地事故。這兩臺發(fā)電機已經(jīng)扒下發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵側(cè)護環(huán),取出壓板的斷裂部分,更換新的壓板,重新裝入護環(huán)。對前述情況分析,該問題是該制造廠同類型發(fā)電機存在的一個普遍情況。天津某發(fā)電廠 3號發(fā)電機、華北某電廠 1號發(fā)電機提前發(fā)現(xiàn)了事故隱患,避免了由于壓板斷裂造成運行中發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地故障。必須對同一制造廠的 600MW發(fā)電機該部位進行認(rèn)真檢查,及時發(fā)現(xiàn)問題進行處理,以保證發(fā)電機安全運行。

2.1.2 發(fā)電機絕緣引水管缺陷

發(fā)電機絕緣引水管缺陷主要集中在某電機廠制造的 QFSN-600-2YH型 600MW機組上。

2008年 9月 18日,華東地區(qū)某發(fā)電廠 1號發(fā)電機在并網(wǎng)運行后,帶 140MW負荷 2小時后,定子接地保護動作跳機。打開發(fā)電機端蓋人孔門,進入檢查發(fā)電機端部,未見異常,對 U相進行直流耐壓(帶水壓),升到 4kV后,在勵磁機側(cè) U相一根下層線棒(7、8點位置)的引水管有放電現(xiàn)象(與河北某發(fā)電廠機組故障位置基本相同)。并發(fā)現(xiàn)該引水管中間有水滲出。分析判斷引起定子接地的原因是該引水管有缺陷,導(dǎo)致絕緣下降被擊穿、破裂。2007年 11月,華北地區(qū)某電廠 2號發(fā)電機在預(yù)試中,勵磁機側(cè)絕緣引水管出現(xiàn)類似故障,已經(jīng)有內(nèi)冷卻水滲漏。經(jīng)更換引水管后,直流泄漏電流合格,試驗正常后投入運行。

這兩次故障都是絕緣引水管的缺陷薄弱引起的,初步分析其原因,是發(fā)電機設(shè)備生產(chǎn)廠家在采購或安裝過程中,造成絕緣引水管的微小的機械損傷,繼而埋下隱患。為此,應(yīng)敦促設(shè)備生產(chǎn)廠家,把好材料產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)。發(fā)電廠也應(yīng)在預(yù)試和檢修中對絕緣引水管做重點檢查,加強定子冷卻水系統(tǒng)的水壓試驗和直流泄漏等測量試驗工作。

2.2 發(fā)電機引線燒毀故障

2.2.1 華東地區(qū)某發(fā)電廠 1號發(fā)電機為某電機廠制造的 600MW機組,運行中 W相分支的 W2引線局部過熱熔斷,熔渣掉下進入發(fā)電機轉(zhuǎn)子通風(fēng)道,轉(zhuǎn)子一點接地報警。W2分支熔斷瞬間電磁力不均衡,發(fā)電機組7W振動瞬間增大至150μm,隨后電磁力達新平衡,振動減至 83μm。W2分支承擔(dān) W相全電流,當(dāng)時為滿負荷,分支通過電流為額定1.725倍(單支額定電流 9.62kA),導(dǎo)致 W2支路(上層 12號 ～18號線棒,下層 37號 ～1號線棒串聯(lián))共 14根線棒嚴(yán)重過熱。其中 7根下層線棒由于散熱條件不如上層線棒,線棒出水溫度上升尤其迅速。事故發(fā)生僅 1min后,下層線棒出水溫度至高限 90℃。上層 7根線棒,溫升稍慢。W2引線熔斷約 5min后,W2下層線棒因過熱破壞主絕緣,造成 W相對地短路。發(fā)電機零序電壓保護動作跳主斷路器。發(fā)電機在現(xiàn)場共修復(fù)和更換了 17根線棒(其中下層 7根,上層 10根),更換了 6根環(huán)狀引線,1根主引線。事故造成停機月余,損失巨大。

2.2.2 華南某發(fā)電廠 1號機為某電機廠制造的600MW機組,2006年 12月 9日,W2引線燒斷,故障位置與前述華東地區(qū)某發(fā)電廠 1號機幾乎相同,當(dāng)時帶 580MW負荷,定子接地保護動作跳機,事故沒有擴大。某電機廠制造且安裝在某發(fā)電廠的600MW發(fā)電機組在完成 168試運行后停機,于2007年 1月 28日再次開機投運時發(fā)生發(fā)電機定子繞組 W相 W2分支中性點引出線拉弧燒斷事故。

上述故障造成的主要原因是:發(fā)電機引線出水匯流管過細,內(nèi)徑為 20～32mm。如發(fā)生故障時,華南地區(qū)某發(fā)電廠的發(fā)電機,機外的部分內(nèi)冷水管內(nèi)徑為 20mm,機組中間的個別閥門內(nèi)徑更小(如20mm),導(dǎo)致引線出水流速較慢,冷卻效果較差,若引線的上部積聚有氣泡時,氣泡將很難被冷卻水帶走,造成汽堵。另外,某電機廠生產(chǎn)的發(fā)電機,故障引線處還發(fā)現(xiàn)包含有雜質(zhì)(硫、磷等),使導(dǎo)電率上升,發(fā)熱增加。

因此,針對此類故障,加強監(jiān)造時引線的材質(zhì)化驗,檢查引線出水匯流管及中間閥門的內(nèi)徑,嚴(yán)格遵守內(nèi)冷水的相關(guān)規(guī)程,防止內(nèi)冷水回路堵塞。華北東部地區(qū)某發(fā)電廠在 2007年對 3號、4號發(fā)電機外部定子冷卻水匯流管進行了改造,將內(nèi)徑為26mm的管路換為內(nèi)徑為38mm的管路,消除了設(shè)備隱患。

2.3 發(fā)電機定子繞組單相接地情況

(1)2007年 11月 9號,華東地區(qū)某發(fā)電廠1號機(某電機廠 600MW機組,水氫氫冷卻方式發(fā)電機,型號 QFSN-600-2YH)。并網(wǎng)后,帶140MW負荷,運行了 2h,定子接地保護動作跳機。停機后,分相測量發(fā)電機絕緣電阻,V、W相超過1000MΩ,U相為 40MΩ。對 U相進行直流耐壓(帶水壓),升到 4000V后,在勵磁 U相一根下層線棒(7、8點位置)的引水管有放電。放電后,發(fā)現(xiàn)該引水管中間有水滲出,該引水管有缺陷,導(dǎo)致絕緣下降,而被擊穿,引起定子接地。被擊穿的引水管內(nèi)外表面未發(fā)現(xiàn)有沿面閃絡(luò)的痕跡。

根據(jù)現(xiàn)場情況分析這次事故原因可能原因如下:被擊穿部位在制造或安裝過程中受局部應(yīng)力,造成機械疲勞的出現(xiàn),長期在運行水壓下造成損傷導(dǎo)致微滲水,致使電場分布發(fā)生變化,水中泄漏電流增加(擊穿的引水管處于 U相高電位區(qū))、水局部發(fā)熱嚴(yán)重時可能汽化,汽化的水蒸氣將形成一個高電導(dǎo)層,進一步加劇發(fā)熱直至閃絡(luò),若嚴(yán)重時將局部燒熔引水管,造成引水管漏水,發(fā)生相對地短路。

(2)類似事件在華北某發(fā)電廠發(fā)生。該廠 2號發(fā)電機調(diào)試期間,直流耐壓試驗時(60kV)時也發(fā)生過一根引水管擊穿。因此,調(diào)試和大修時應(yīng)在水壓試驗后進行帶正常水壓的直流耐壓試驗,可以及時發(fā)現(xiàn)引水管的問題。另外,加強發(fā)電機的監(jiān)造工作,保證引水管本身質(zhì)量和安裝質(zhì)量。

2.4 發(fā)電機定子槽楔松動

華北西部某發(fā)電廠9號發(fā)電機(600MW,2006年投運)小修抽轉(zhuǎn)子后,檢查發(fā)電機定子線圈槽楔時發(fā)現(xiàn)定子槽楔大面積松動。槽楔完全松動的有 262塊之多,其它各段松動槽楔超過 1/3長的若干。分析是由于機組在安裝后,在高溫運行條件下,有些線圈絕緣中的有機絕緣材料收縮量超標(biāo),或安裝時部分線圈絕緣墊條未填充充實造成槽楔松動。因此,新投運的發(fā)電機組,在首次檢修中,更應(yīng)加強這方面的檢查。

3 防止大型發(fā)電機組事故的措施和建議

3.1 加強近幾年新投運發(fā)電機組的技術(shù)監(jiān)督

針對近年來大機組發(fā)電機發(fā)現(xiàn)的問題,特別是在同一制造廠家的機組上重復(fù)出現(xiàn)的問題應(yīng)引起重視,及時對其他機組進行針對性檢查,提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患,確保機組安全運行。

應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程進行新投產(chǎn)機組的交接試驗工作,對異常情況仔細分析、論證,建議新投運機組運行 1～2年后進行槽楔松動檢查;對水內(nèi)冷發(fā)電機,建議在水壓試驗后進行定子繞組手包絕緣表面對地電位試驗。

還應(yīng)加強對大機組投運初期的運行情況的監(jiān)視,特別是應(yīng)該積極貫徹(《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點要求(國電發(fā)[2000]589號)》(通常稱 25條)之《防止發(fā)電機損壞事故》)反事故措施中,關(guān)于發(fā)電機定冷水“定子線棒層間最高與最低溫度的溫差達 8K或定子線棒引水管出水溫差達 8K時應(yīng)報警,應(yīng)及時查明原因,此時可降低負荷。定子線棒溫差達14K或定子引水管出水溫差達 12K,或任一定子槽內(nèi)層間測溫元件溫度超過 90℃或出水溫度超過 85℃時,在確認(rèn)測溫元件無誤后,應(yīng)立即停機處理”方面的規(guī)定。在 DCS中,應(yīng)加入溫差報警功能。此外,對定子鐵心及結(jié)構(gòu)間件的溫度監(jiān)視也不容忽視,在發(fā)現(xiàn)發(fā)電機溫度超出正常范圍時,雖未超出其報警值,也應(yīng)引起重視,及時分析原因,防患于未然。

3.2 加強對漏氫(包括內(nèi)漏和外漏)和定子內(nèi)冷水堵塞等方面的監(jiān)督

通過人工巡檢和在線監(jiān)測儀表加強對外漏點的檢查,加強對油系統(tǒng)、主油箱內(nèi)、封閉母線、內(nèi)冷水箱漏氫量的監(jiān)測;盡早安排新投運發(fā)電機進行溫升試驗,以檢查各溫度測點是否正常工作,并排除是否有定子內(nèi)冷水堵塞方面的問題,留存基礎(chǔ)數(shù)據(jù);提前準(zhǔn)備第一次檢修前相關(guān)工作,認(rèn)真組織檢修項目,對發(fā)電機進行盡可能全面的檢查,特別是對今后可以對發(fā)電機狀態(tài)評估有指導(dǎo)作用的數(shù)據(jù),包括溫升試驗、定子繞組端部機械模態(tài)試驗、定子繞組局放、定子繞組介損等項目。如果懷疑可能存在定子內(nèi)冷水堵塞問題,建議檢修時采用 JB/T6228—1992《汽輪發(fā)電機繞組內(nèi)部水系統(tǒng)檢驗方法及評定》中的熱水流法進行檢測,如果根據(jù)運行情況基本確實有定子內(nèi)冷水堵塞問題還應(yīng)準(zhǔn)備好線棒備品。

4 發(fā)電機大、小修的重點部位和檢修項目

4.1 發(fā)電機定子引線氣堵引起的定子繞組燒損檢查

對引進美國西屋公司技術(shù)生產(chǎn)的引線和出線套管冷卻水回路有單獨的勵側(cè)至汽側(cè)的外部管路的發(fā)電機,首次檢修時,按照制造廠的設(shè)計要求校核外部管路的內(nèi)徑。

4.2 定子槽楔松動引起的定子繞組絕緣故障檢查

在新發(fā)電機組投入運行一年后以及大修時,必須抽轉(zhuǎn)子進行仔細檢查槽楔是否松動并重新打緊松動的槽楔。

4.3 定子繞組端部防暈層失效檢查

4.3.1 新機出廠時應(yīng)要求制造廠進行定子繞組端部起暈試驗,起暈電壓不低于 1.0倍線電壓。

4.3.2 空冷發(fā)電機及繞組端部絕緣表面有變色甚至放電、碳化現(xiàn)象等明顯電暈特征的氫冷發(fā)電機,或者試驗中有不明原因的直流泄漏電流增大現(xiàn)象的發(fā)電機,應(yīng)進行起暈試驗。

4.4 定子內(nèi)冷水路堵塞過熱檢查

4.4.1 機組大修時,按要求對定子線棒進行正反沖洗,應(yīng)對水內(nèi)冷定子、轉(zhuǎn)子線棒分路做流量試驗,必要時應(yīng)做熱水流試驗。

4.4.2 定子繞組引水管裂紋漏水引發(fā)絕緣事故檢查

(1)檢修中應(yīng)對絕緣引水管的布置及完好性仔細進行外觀檢查,絕緣引水管不得交叉接觸,引水管之間、引水管與端罩之間應(yīng)保持足夠的絕緣距離。

(2)引水管表面不能有裂紋、磨損、電燒傷等現(xiàn)象,并應(yīng)清潔其表面的油污。

(3)大修中應(yīng)按照制造廠的有關(guān)技術(shù)規(guī)范要求,進行定子繞組水壓試驗。

4.5 發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地故障檢查

(1)對于某電機廠生產(chǎn)的600MW水、氫、氫發(fā)電機,為防止轉(zhuǎn)子引線槽楔下墊片斷裂甩出造成的轉(zhuǎn)子繞組接地事故重演,應(yīng)將其更換為 Q235鋼制墊條。同型號機組未更換的必須安排更換。

(2)大修中,應(yīng)通過測量轉(zhuǎn)子直阻或解體措施,重點檢查導(dǎo)電螺釘是否有由于與導(dǎo)電桿之間接觸不良引起的過熱跡象。

4.6 發(fā)電機定子鐵心損壞檢查

(1)大小修時對定子鐵心進行詳細外觀檢查,有無鐵心松動、粉末或黑色泥狀油污甚至斷齒等異?，F(xiàn)象。

(2)有異常時應(yīng)結(jié)合實際情況進行發(fā)電機定子鐵心診斷試驗(ELCID),或鐵損試驗,檢查鐵心片間絕緣有無短路以及鐵心發(fā)熱情況。

5 結(jié)語

600MW機組采用的技術(shù)參數(shù),對設(shè)計、制造、調(diào)試、運行、檢修等都提出了更高的要求,認(rèn)真總結(jié)分析目前 600MW機組在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中存在的問題,做好各生產(chǎn)、管理過程中的技術(shù)監(jiān)控工作,對保證600MW機組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行至關(guān)重要。大型發(fā)電機組設(shè)備大修的管理,要全面徹底分析設(shè)備損壞或故障的原因,制定防范措施,明確機組完善的檢修方案。另外應(yīng)加強運行、檢修、試驗人員的培訓(xùn),以適應(yīng)大機組安全運行之要求。

設(shè)備成套和元件選擇必須考慮到安全可靠,以支撐主機的安全運行,同時要充分顧及著力提高國內(nèi)設(shè)備制造水平,也為降低工程造價使得機組投入商業(yè)運營后具備足夠的競爭力等,所有都要在能夠保證設(shè)備安全運行的前提下進行,否則就是無木之本、無源之水。