梁保華

連州發(fā)電廠，廣東省連州市 513400

兩起135MW發(fā)電機(jī)定子鐵芯故障分析處理

梁保華

連州發(fā)電廠，廣東省連州市 513400

介紹了連州發(fā)電廠3、4號(hào)發(fā)電機(jī)定子鐵芯端部階梯齒斷齒以及端部線棒受損的情況。分析故障原因，針對(duì)原因?qū)Χㄗ予F芯進(jìn)行了斷齒修復(fù)和緊固，對(duì)受損線棒進(jìn)行了更換修復(fù)，跟蹤各發(fā)電機(jī)修復(fù)后運(yùn)行效果良好。

發(fā)電機(jī)；定子鐵芯；松動(dòng)；斷齒；絕緣損傷；故障處理

1.發(fā)電機(jī)定子基本情況[1]

連州發(fā)電廠3、4號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)型號(hào)為QFS-135-2，定子額定電壓15.75kV，定子額定電流5822A,額定轉(zhuǎn)速3000r/min。采用水、水空的冷卻方式即發(fā)電機(jī)的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組采用水內(nèi)冷。定子鐵芯及端部結(jié)構(gòu)件采用空氣冷卻。

2.發(fā)電機(jī)定子故障的發(fā)現(xiàn)[2]

連州電廠3、4號(hào)機(jī)組分別于2004年2月和11月投產(chǎn)，運(yùn)行1年于2005年兩機(jī)組分別進(jìn)行了A級(jí)檢修，檢查各發(fā)電機(jī)本體包括定子鐵芯無(wú)異常，2010年6月21日，對(duì)4號(hào)發(fā)電機(jī)進(jìn)行第一次B級(jí)檢修，抽出轉(zhuǎn)子后發(fā)現(xiàn)定子勵(lì)端＃27槽上層線棒絕緣局部損壞，在勵(lì)端鐵芯＃26號(hào)階梯齒沖片斷落等問(wèn)題（見(jiàn)圖1）。2010年10月對(duì)3號(hào)機(jī)組停機(jī)進(jìn)行第一次B級(jí)檢修，于10月22日抽出轉(zhuǎn)子，發(fā)現(xiàn)勵(lì)端鐵芯有多處斷齒以及多條線棒損傷現(xiàn)象，故障同4號(hào)發(fā)電機(jī)類似，并且轉(zhuǎn)子表面刮損，鐵芯通風(fēng)槽內(nèi)發(fā)現(xiàn)部分鐵屑。

圖1

3.發(fā)電機(jī)定子損傷故障原因分析

現(xiàn)場(chǎng)用工具測(cè)量各發(fā)電機(jī)其他未發(fā)展到損傷程度的鐵芯齒頭松動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)勵(lì)端多處階梯鐵芯亦有松動(dòng)，多處齒壓板鐵板亦已斷裂，甚至有風(fēng)道工字鋼斷裂的情況。對(duì)于雙極發(fā)電機(jī)，由于轉(zhuǎn)子和定子間的磁作用力使得鐵芯上每一點(diǎn)的振動(dòng)頻率為轉(zhuǎn)速的二倍[3]，因此該松動(dòng)情況很可能使各處齒頭硅鋼片受端部電磁振動(dòng)力作用而斷裂并脫落。分析臨近傷痕形成的機(jī)理：如第一檔鐵芯脫落硅鋼片（沖片）碎片，受風(fēng)力吹送往鐵芯中部移動(dòng)，但碎片質(zhì)量很有限，對(duì)途經(jīng)的鐵芯表面刮損程度應(yīng)該比較輕微，按理不應(yīng)造成鐵芯表面如此嚴(yán)重的形似“擊傷”的軸向分布損傷。但是當(dāng)考慮電磁力時(shí)，從勵(lì)側(cè)往發(fā)電機(jī)看轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向是逆時(shí)針?lè)较?，碎片受到周向電磁力吸引作用，將沿周向逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，當(dāng)受到最近處的線棒阻擋時(shí)，會(huì)在該處相對(duì)較少的空間內(nèi)堆積和停留（見(jiàn)圖2），并對(duì)該處鐵芯和線棒側(cè)面沖擊造成損傷，可能進(jìn)一步生產(chǎn)摩擦、齒頭表面短路發(fā)熱和電腐蝕而使硅鋼片表面進(jìn)一步脆化，發(fā)生更多掉落。

運(yùn)行中發(fā)電機(jī)鐵芯在勵(lì)磁時(shí)，由于端部電場(chǎng)分布不均勻[4]，定子鐵芯與其脫落的硅鋼碎片之間存在電磁吸力，使硅鋼碎片緊貼在鐵芯表面并相對(duì)靜止，由于換極的作用（轉(zhuǎn)子以3000轉(zhuǎn)/秒的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，其磁極對(duì)交替地掠過(guò)定子鐵芯表面）使該碎片受到電磁吸力成為頻率f = 磁極個(gè)數(shù)2 P ×轉(zhuǎn)速n/ 60 = 2 ×3000/ 60 =100Hz的高頻振動(dòng)力，因此即使脫落碎片質(zhì)量較小，仍對(duì)途經(jīng)的鐵芯表面產(chǎn)生較強(qiáng)烈的振動(dòng)摩擦并造成損傷，碎片停留時(shí)間越長(zhǎng)其對(duì)鐵芯損傷積累效果就越大。

圖2

4.危害性分析

定子鐵芯沖片的齒端鐵片斷裂脫落已打壞定子線棒和轉(zhuǎn)子鐵芯，若繼續(xù)發(fā)展擴(kuò)大故障，鐵芯松動(dòng)將導(dǎo)致定子整體緊固性被破壞。這些現(xiàn)象發(fā)展到一定程度形成惡性循環(huán)，如不及時(shí)處理，引起端部線棒絕緣層半導(dǎo)體層全部磨損，最終將造成發(fā)電機(jī)絕緣擊穿和鐵芯燒毀的嚴(yán)重事故[5]。

5.修復(fù)處理

（1）拔出各損傷部分上層線棒，清理定子鐵芯膛內(nèi)。打磨勵(lì)端端部斷齒部位的殘存齒部，修平齒底部位。打磨定子鐵芯齒頂表面痕跡處。要求：檢查斷齒部位沖片，對(duì)有損傷的一并去除并打磨。打磨時(shí)應(yīng)配備真空吸塵器，應(yīng)及時(shí)清除打磨金屬殘留物。

（2）用百分比濃度40%～68%的硝酸溶液，酸洗上述鐵芯打磨部位，直至用放大鏡檢查可以十分清晰地看出打磨處鐵芯沖片的層次，然后，用無(wú)水乙醇清洗酸洗表面并擦干。

（3）檢查定子鐵芯修磨處是否存在短路點(diǎn)：進(jìn)行鐵芯鐵耗發(fā)熱試驗(yàn)，在試驗(yàn)過(guò)程中，用熱像儀和紅外點(diǎn)溫計(jì)檢查定子鐵芯內(nèi)膛。

以上機(jī)組經(jīng)修復(fù)后投入運(yùn)行，并分別于2011年月2012年月抽轉(zhuǎn)子或吊開(kāi)大小端蓋檢查修復(fù)運(yùn)行情況，表明效果良好。

6.結(jié)語(yǔ)

總結(jié)本次處理經(jīng)驗(yàn)為應(yīng)對(duì)發(fā)生同類發(fā)電機(jī)定子故障，建議：

（1）發(fā)生同類發(fā)電機(jī)斷齒故障后，用絕緣材料打緊和鑲膠木假齒處理的方法是可行的。

（2）應(yīng)提高發(fā)電機(jī)制造、安裝質(zhì)量。加強(qiáng)沖片制造過(guò)程檢測(cè)，采用清潔區(qū)疊裝鐵芯，加強(qiáng)疊裝過(guò)程檢查，避免發(fā)電機(jī)制造、安裝階段隱藏的缺陷遺留到生產(chǎn)中。

（3）運(yùn)行單位應(yīng)加強(qiáng)對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行維護(hù)過(guò)程保護(hù)、防止過(guò)程中磕碰傷事故發(fā)生，新機(jī)運(yùn)行一年發(fā)電機(jī)首次檢修，有必要進(jìn)行抽轉(zhuǎn)子檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理發(fā)電機(jī)制造、安裝等方面的問(wèn)題。

（4）新裝發(fā)電機(jī)投產(chǎn)后第一次大修時(shí)，對(duì)定子鐵芯的再打緊是必要的，建議各同類型機(jī)組電廠將此列入第一次大修常規(guī)項(xiàng)目。

[1]上海發(fā)電機(jī)廠.QFS50－300MW系統(tǒng)雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)

[2]上海發(fā)電機(jī)廠.連州電廠3 號(hào)機(jī)(135S025)定子鐵心斷齒修理情況

[3]顧晃.汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)與平衡,1989年06月

[4]楊嗣彭.同步電機(jī)運(yùn)行方式的分析,1989年11月

[5]羅 松.東風(fēng)發(fā)電廠發(fā)電機(jī)定子鐵芯斷齒與處理.貴州水力發(fā)電,2001年第2期

TM311; TM303.3

B

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.15.045

梁保華，男，廣東云浮人，1970年1月出生，單位：連州發(fā)電廠，職稱:電氣工程師，從事發(fā)電廠電氣專業(yè)技術(shù)管理工作。