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

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，針對原因?qū)Χㄗ予F芯進(jìn)行了斷齒修復(fù)和緊固，對受損線棒進(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；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號汽輪發(fā)電機(jī)型號為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級檢修，檢查各發(fā)電機(jī)本體包括定子鐵芯無異常，2010年6月21日，對4號發(fā)電機(jī)進(jìn)行第一次B級檢修，抽出轉(zhuǎn)子后發(fā)現(xiàn)定子勵端＃27槽上層線棒絕緣局部損壞，在勵端鐵芯＃26號階梯齒沖片斷落等問題（見圖1）。2010年10月對3號機(jī)組停機(jī)進(jìn)行第一次B級檢修，于10月22日抽出轉(zhuǎn)子，發(fā)現(xiàn)勵端鐵芯有多處斷齒以及多條線棒損傷現(xiàn)象，故障同4號發(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)場用工具測量各發(fā)電機(jī)其他未發(fā)展到損傷程度的鐵芯齒頭松動情況，發(fā)現(xiàn)勵端多處階梯鐵芯亦有松動，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)的振動頻率為轉(zhuǎn)速的二倍[3]，因此該松動情況很可能使各處齒頭硅鋼片受端部電磁振動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，但碎片質(zhì)量很有限，對途經(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，從勵側(cè)往發(fā)電機(jī)看轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向是逆時針方向，碎片受到周向電磁力吸引作用，將沿周向逆時針運(yùn)動，當(dāng)受到最近處的線棒阻擋時，會在該處相對較少的空間內(nèi)堆積和停留（見圖2），并對該處鐵芯和線棒側(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)鐵芯在勵磁時，由于端部電場分布不均勻[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)，其磁極對交替地掠過定子鐵芯表面）使該碎片受到電磁吸力成為頻率f = 磁極個數(shù)2 P ×轉(zhuǎn)速n/ 60 = 2 ×3000/ 60 =100Hz的高頻振動力，因此即使脫落碎片質(zhì)量較小，仍對途經(jīng)的鐵芯表面產(chǎn)生較強(qiáng)烈的振動摩擦并造成損傷，碎片停留時間越長其對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，對有損傷的一并去除并打磨。打磨時應(yīng)配備真空吸塵器，應(yīng)及時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)過程中，用熱像儀和紅外點(diǎn)溫計檢查定子鐵芯內(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)子或吊開大小端蓋檢查修復(fù)運(yùn)行情況，表明效果良好。

6.結(jié)語

總結(jié)本次處理經(jīng)驗(yàn)為應(yīng)對發(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)沖片制造過程檢測，采用清潔區(qū)疊裝鐵芯，加強(qiáng)疊裝過程檢查，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)對發(fā)電機(jī)運(yùn)行維護(hù)過程保護(hù)、防止過程中磕碰傷事故發(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，及時發(fā)現(xiàn)和處理發(fā)電機(jī)制造、安裝等方面的問題。

（4）新裝發(fā)電機(jī)投產(chǎn)后第一次大修時，對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)品說明書

[2]上海發(fā)電機(jī)廠.連州電廠3 號機(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。