閆玉龍

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 七臺(tái) 154100）

目前，我國(guó)仍以煤炭為主，裝機(jī)容量在8億千瓦左右。隨著大規(guī)模、高參數(shù)發(fā)電廠的持續(xù)運(yùn)行，我國(guó)的火力發(fā)電達(dá)到了一個(gè)新的水平。汽輪發(fā)電機(jī)組是火力發(fā)電系統(tǒng)的核心，是保證其正常運(yùn)行的重要設(shè)備。特別是大型汽輪發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，汽輪發(fā)電機(jī)的故障和運(yùn)行事故一直是火力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展中的主要問(wèn)題之一。在系統(tǒng)的運(yùn)行安全和維護(hù)方面不斷發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題。運(yùn)行監(jiān)控等嚴(yán)重事故造成設(shè)備損壞和大規(guī)模停電，給經(jīng)濟(jì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至嚴(yán)重危及電網(wǎng)的安全運(yùn)行。鑒于此，一方面有必要引進(jìn)和吸收國(guó)際先進(jìn)技術(shù)，以不斷改進(jìn)發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)。另一方面，認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，嚴(yán)格按照發(fā)電機(jī)的技術(shù)條件和要求進(jìn)行日常運(yùn)行和維護(hù)，確保發(fā)電系統(tǒng)安全可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 汽輪發(fā)電機(jī)故障診斷概述

隨著現(xiàn)代機(jī)械化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)正變得更快、更精確、自動(dòng)化程度更高。作為現(xiàn)代連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的重要組成部分，發(fā)電機(jī)組在發(fā)生故障時(shí)將嚴(yán)重影響其機(jī)械效率。這將導(dǎo)致發(fā)電中斷，并將造成不良社會(huì)影響和經(jīng)濟(jì)損失。由于許多不可避免的因素，設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)不同的故障，導(dǎo)致其自身功能的喪失或減少，從而導(dǎo)致大面積停電。目前，國(guó)內(nèi)外電廠經(jīng)常發(fā)生事故，造成損失和嚴(yán)重的社會(huì)后果。即使發(fā)生輕微事故，也可能因生產(chǎn)過(guò)程中機(jī)械設(shè)備損壞或操作不及時(shí)、不正常而造成經(jīng)濟(jì)損失。因此，為了保證發(fā)電裝置的安全可靠運(yùn)行，及時(shí)排除發(fā)電機(jī)故障顯得尤為迫切。發(fā)電通常由發(fā)電廠轉(zhuǎn)換成不同的一次能源或其他能源。目前，世界上的大多數(shù)能源形式是地?zé)崮?、風(fēng)能、光伏、水電和核能。核能和熱能是通過(guò)蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能來(lái)使用的。

近年來(lái)，電力行業(yè)發(fā)展迅速，汽輪發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量迅速增加，廠房結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜。機(jī)組故障的可能因素也相應(yīng)增加。在安全可靠運(yùn)行中，發(fā)電機(jī)故障帶來(lái)的影響越來(lái)越大，因此應(yīng)當(dāng)越來(lái)越多地考慮設(shè)備故障對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)的安全可靠運(yùn)行帶來(lái)的影響。

2 汽輪發(fā)電機(jī)故障診斷的目的與意義

2．1 故障診斷的目的

故障診斷的目的是根據(jù)從設(shè)備監(jiān)測(cè)中獲得的信息確定設(shè)備的狀況，以確保設(shè)備在給定的工作環(huán)境和時(shí)間內(nèi)可靠高效地運(yùn)行。在維護(hù)、減少和消除事故方面提供指導(dǎo)和協(xié)助。如果可以通過(guò)分析相應(yīng)參數(shù)的波動(dòng)狀況，可以避免許多事故?，F(xiàn)代生產(chǎn)設(shè)備正在向大型、快速、連續(xù)和自動(dòng)化生產(chǎn)方向發(fā)展，降低成本，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約能源是企業(yè)發(fā)展非常重要的一個(gè)方面。另一方面，設(shè)備故障造成的經(jīng)濟(jì)損失也大大增加了維護(hù)成本。創(chuàng)新高科技技術(shù)的使用對(duì)現(xiàn)代工廠的可靠性和安全性提出了越來(lái)越高的要求。為了加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有老化生產(chǎn)設(shè)施的安全監(jiān)測(cè)和故障診斷，許多舊設(shè)備都在接近使用壽命的狀況下工作，并進(jìn)入故障多發(fā)階段。如果有完整的故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，舊設(shè)備的使用壽命也可以得到相應(yīng)的延長(zhǎng)。

2．2 故障診斷的意義

故障診斷的任務(wù)是監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，包括結(jié)合歷史數(shù)據(jù)和診斷系統(tǒng)狀態(tài)的各種測(cè)量、分析和判別方法。包括考慮環(huán)境因素，以評(píng)估其是否處于正常狀態(tài)。及時(shí)記錄和顯示狀態(tài)和警報(bào)，為設(shè)備性能評(píng)估、故障分析、安全工作和有效使用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和信息。能正確及時(shí)地糾正和診斷各種故障或異常情況，及時(shí)預(yù)防或排除故障，準(zhǔn)確觀察設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，提高設(shè)備的可靠性和效率，以最大限度地減少故障損失。同時(shí)確保設(shè)備具有最大的運(yùn)行能力，制定合理的維護(hù)制度，充分發(fā)揮設(shè)備的潛力，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。近幾十年來(lái)，故障分析和診斷技術(shù)發(fā)展迅速。從傳統(tǒng)的手工故障診斷到智能故障診斷，智能故障診斷可以快速準(zhǔn)確地找到故障的原因和位置，從而快速解決問(wèn)題，減少故障，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

3 汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中主要故障及相關(guān)診斷

3．1 定子繞組故障及診斷

汽輪發(fā)電機(jī)在我國(guó)應(yīng)用的過(guò)程中，目前主要的冷卻方式是“空氣冷卻”。但是，這種設(shè)計(jì)方式經(jīng)常出現(xiàn)過(guò)程質(zhì)量管理問(wèn)題，例如在檢查、維護(hù)及過(guò)程控制方面。如果發(fā)電機(jī)出現(xiàn)短路故障或者定子接地故障時(shí)，發(fā)電機(jī)將會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象，尤其是熱應(yīng)力或者機(jī)械應(yīng)力。一旦出現(xiàn)上述情況將會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行產(chǎn)生非常大的影響。通常情況下，繞組末端故障通常分為以下幾類(lèi)：（1）冷卻回路在定子運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)堵塞情況。（2）銅導(dǎo)線出現(xiàn)斷裂，通常發(fā)生在定子引線及線棒之間，影響正常運(yùn)行。（3）接頭焊接質(zhì)量不滿足要求，在短期運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)接頭損壞，對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。（4）緊固件在繞組運(yùn)行中出現(xiàn)繞組端部磨損情況。

3．2 轉(zhuǎn)子繞組故障及診斷

轉(zhuǎn)子缺陷通常包括接地絕緣缺陷、短路缺陷、熱變形和集電環(huán)電刷燒損。此類(lèi)轉(zhuǎn)子繞組故障和短路故障通常由以下原因引起：轉(zhuǎn)子過(guò)熱導(dǎo)致絕緣損壞；冷卻器泄漏、導(dǎo)電灰塵、異物和焊渣進(jìn)入轉(zhuǎn)子；制造工藝和局部缺陷；熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力對(duì)絕緣造成的損壞；冷流道繞組被水堵塞，導(dǎo)致局部過(guò)熱和旋轉(zhuǎn)絕緣損壞。汽輪發(fā)電機(jī)繞組因熱膨脹和機(jī)械作用(即殘余變形或熱變形而產(chǎn)生塑性變形。殘余變形時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組和最終絕緣損壞，進(jìn)而導(dǎo)致短路或接地缺陷以及嚴(yán)重的繞組故障。對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)而言，集電環(huán)與電刷的可靠接觸是保證發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。如果電刷環(huán)燒損嚴(yán)重，電刷手柄和電刷架會(huì)燒損集電環(huán)的絕緣層，導(dǎo)致接地故障。

3．3 定子鐵芯故障及診斷

定子鐵芯故障的主要原因是生產(chǎn)和裝配問(wèn)題。定子鐵芯絕緣層厚度和分離的生產(chǎn)偏差、鐵芯負(fù)載的冷熱壓力、定子鐵芯的修邊和鉆孔過(guò)程以及定子鐵芯的高度偏差。此外，在長(zhǎng)期可變電磁力的作用下，定子發(fā)動(dòng)機(jī)的鐵芯層往往會(huì)選擇局部或整體，鐵芯絕緣損壞，局部過(guò)熱和鐵芯間短路。在這種現(xiàn)象的影響下，發(fā)電機(jī)容易受到安全風(fēng)險(xiǎn)的影響。

3．4 負(fù)序電流繞損轉(zhuǎn)子故障及診斷

一般而言，汽輪發(fā)電機(jī)制造商在三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載條件下運(yùn)行。但是，不同的電源或發(fā)電系統(tǒng)沒(méi)有短路電源。例如，單級(jí)接地、兩相短路、單重疊或控制閥不能同時(shí)中斷三相負(fù)載，以保證穩(wěn)定運(yùn)行和避免事故。如果生產(chǎn)設(shè)備失效，除定子繞組的負(fù)序電壓和零序電流電壓外。負(fù)序電流形成的反向磁場(chǎng)在阻尼、勵(lì)磁和轉(zhuǎn)子電路中形成雙頻電流，導(dǎo)致銅和鐵的消耗。這導(dǎo)致發(fā)電機(jī)設(shè)備運(yùn)行緩慢，轉(zhuǎn)子溫度升高。轉(zhuǎn)子質(zhì)量嚴(yán)重受損，負(fù)電荷電流會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩和定子振動(dòng)。即使工作時(shí)間短，也可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子損壞和繼電器設(shè)備故障。

3．5 勵(lì)磁機(jī)的電壓電流跳動(dòng)達(dá)不到額定值故障及診斷

當(dāng)交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流加載到額定勵(lì)磁電流時(shí)，而汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流還遠(yuǎn)達(dá)不到額定勵(lì)磁電流時(shí)或汽輪發(fā)電機(jī)定子電壓還遠(yuǎn)達(dá)不到額定值，應(yīng)首先檢查旋轉(zhuǎn)整流電路，也有可能是交流勵(lì)磁機(jī)出現(xiàn)故障。

3．6 勵(lì)磁機(jī)絕緣電阻不合格故障診斷及分析

對(duì)于勵(lì)磁機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行其絕緣的好壞起到至關(guān)重要的作用，通常在勵(lì)磁機(jī)運(yùn)輸及存放過(guò)程中鐵芯和線圈都可能吸潮，所以啟機(jī)停機(jī)、檢修前后都要對(duì)勵(lì)磁機(jī)的絕緣電阻進(jìn)行測(cè)量，以滿足標(biāo)準(zhǔn)后才能正常啟機(jī)運(yùn)行。勵(lì)磁機(jī)不論是轉(zhuǎn)子定子或者二次回路都屬于低壓回路，使用的測(cè)量工具是500V的絕緣測(cè)試儀，測(cè)量其鐵芯、線圈及二次回路的絕緣合格，通常要大于1MΩ，對(duì)于絕緣電阻不合格的情況應(yīng)及時(shí)處理切不可帶病開(kāi)機(jī)運(yùn)行。

4 汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中主要故障的預(yù)防措施

對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行中的上述故障，需要進(jìn)行精確的測(cè)試、生產(chǎn)和安裝，考慮相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)并采取預(yù)防措施。為了確保汽輪機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行和安全，尤其是運(yùn)行了多年后的汽輪發(fā)電機(jī)應(yīng)對(duì)其進(jìn)行識(shí)別和評(píng)估，以確保其質(zhì)量。提前采取預(yù)防措施，并盡快實(shí)施。這可以減少事故和損失。針對(duì)發(fā)電機(jī)裝置的故障，提出以下解決方案。

4．1 定子繞組故障預(yù)防措施

改進(jìn)定子繞組的橡膠纏繞工藝，加強(qiáng)端部開(kāi)口線的切向和徑向固定；螺紋和塑料加工，確保連接平穩(wěn)過(guò)渡；檢查定子是否被堵塞。在定期維護(hù)的情況下，檢查定子端部線圈和連接元件的連接和磨損情況，絕緣是否松動(dòng)和磨損，以便采取有針對(duì)性的連接措施或更換零件；改進(jìn)接頭結(jié)構(gòu)，保證焊接質(zhì)量，保證定子線圈的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，加強(qiáng)銅空心管的質(zhì)量檢測(cè)，改進(jìn)定子隔離輸送管的布置；嚴(yán)格檢查定子端部繞組與上下梯度桿之間的間隙是否正確，防止安裝和維護(hù)時(shí)將鋸、螺釘、螺母等金屬體留在定子內(nèi)；通過(guò)測(cè)量局部放電監(jiān)測(cè)和診斷定子繞組的絕緣性能。

4．2 轉(zhuǎn)子繞組故障預(yù)防措施

轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)其整體運(yùn)行狀況進(jìn)行仔細(xì)觀察。重點(diǎn)關(guān)注其通風(fēng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子及重新改進(jìn)的方式進(jìn)行改善。對(duì)通風(fēng)孔堵塞和移位進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，有效解決類(lèi)似問(wèn)題。對(duì)轉(zhuǎn)子繞組上的銅線進(jìn)行重新纏繞，并且定期清洗雜物，及時(shí)檢查繞組老化的情況。定期清潔轉(zhuǎn)子環(huán)周?chē)奶挤郏皶r(shí)更換滑動(dòng)電機(jī)的正負(fù)極性。并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，在電刷和集電環(huán)之間滑動(dòng)時(shí)，必須及時(shí)處理氣墊，以確保電刷電流的均勻分布。轉(zhuǎn)子繞組需要利用差動(dòng)控制線圈進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，對(duì)短路報(bào)警應(yīng)當(dāng)做到及時(shí)顯示。

4．3 定子鐵芯故障預(yù)防措施

嚴(yán)格監(jiān)控生產(chǎn)、檢修回轉(zhuǎn)過(guò)程。小心地移除沖壓硅鋼片邊緣的毛刺。為了避免疊放過(guò)程中絕緣損壞，必須嚴(yán)格控制壓緊電阻，以確保定子鐵芯的壓緊質(zhì)量。在維護(hù)期間，檢查螺母和螺釘，以確保定子鐵芯拔出。通過(guò)鐵芯損耗和加熱試驗(yàn)驗(yàn)證鐵心的失效，并用紅外熱像儀測(cè)量定子鐵芯的表面溫度分布。

4．4 負(fù)序電流繞損轉(zhuǎn)子故障預(yù)防措施

采取負(fù)序保護(hù)裝置對(duì)穩(wěn)態(tài)負(fù)序電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。配備報(bào)警設(shè)備，同時(shí)還要檢測(cè)斷路器在運(yùn)行過(guò)程中的三相狀態(tài)，采取相應(yīng)的保護(hù)措施。當(dāng)斷路器出現(xiàn)三相異常情況時(shí)，能夠針對(duì)問(wèn)題做到及時(shí)處理。通?？梢圆捎媒档拓?fù)序電流的辦法，降低發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，減小汽輪機(jī)輸出功率。

4．5 勵(lì)磁機(jī)電流電壓跳動(dòng)達(dá)不到額定值預(yù)防措施

通常情況如發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁機(jī)內(nèi)有積灰油泥等應(yīng)清理吹凈；檢查部件有無(wú)不正?，F(xiàn)象，緊固件有無(wú)松動(dòng)；接線有無(wú)變形和斷裂絕緣是否損壞和斷開(kāi)現(xiàn)象；旋轉(zhuǎn)二極管是否損壞且旋轉(zhuǎn)整流盤(pán)每個(gè)整流元件的正反向電阻是否正常。一般情況是整流盤(pán)出現(xiàn)問(wèn)題，需要檢查旋轉(zhuǎn)整流是否存在故障。首先將交流勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子電樞繞組的三個(gè)出U、V、W從整流盤(pán)上拆卸掉，再將旋轉(zhuǎn)整流器的輸出端與同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的連線拆開(kāi)。此時(shí)用萬(wàn)用表電阻檔測(cè)量電機(jī)勵(lì)磁繞組直流電阻值，若與計(jì)算值一致，則說(shuō)明發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組完好。

4．6 勵(lì)磁機(jī)絕緣電阻不合格故障預(yù)防措施

對(duì)于勵(lì)磁機(jī)絕緣不合格通常采用外部加熱干燥和短路電流干燥的方法。外部加熱干燥法是采用電爐和蒸汽管作熱源，使用鼓風(fēng)機(jī)吹風(fēng)，但是熱空氣溫度不能超過(guò)90℃，為了使電機(jī)干燥均勻和防止久熱變形，應(yīng)不斷轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子。

短路電流法相對(duì)復(fù)雜，是將整流環(huán)的整流元件正負(fù)極短路，小心地在勵(lì)磁機(jī)回路中加入勵(lì)磁電流不大于額定短路勵(lì)磁電流的40%，運(yùn)行3～4h后再升高勵(lì)磁電流至55%額定短路勵(lì)磁電流。干燥的注意事項(xiàng)有過(guò)分潮濕的不宜采用線圈通電加熱法；加熱過(guò)程應(yīng)防止局部過(guò)熱現(xiàn)象；絕緣電阻在干燥過(guò)程中，應(yīng)每隔半小時(shí)測(cè)量一次，當(dāng)其值穩(wěn)定3h后可判斷為干燥完成。

5 結(jié)語(yǔ)

火力發(fā)電廠汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)備的正確使用和維護(hù)非常重要，如果維護(hù)不當(dāng)將會(huì)嚴(yán)重影響火電廠的正常運(yùn)行。認(rèn)真記錄維修過(guò)程，積累維修經(jīng)驗(yàn)，使故障及時(shí)得到解決。保障電力企業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，保障企業(yè)供電用電，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。