發(fā)電廠一次主要設(shè)備檢修與分析

邊志強(qiáng)

(山西陽光發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045200)

1 電力一次設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

隨著我國融入世界經(jīng)濟(jì)程度日益加深，經(jīng)濟(jì)規(guī)模的擴(kuò)大，必然促使能源供給規(guī)模的擴(kuò)大，并致使電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的要求越來越高。而以大型高效機(jī)組逐漸占據(jù)主力為特征的火力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在我國仍將維持相當(dāng)長時期。當(dāng)前，隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國大型火力發(fā)電機(jī)組有了較快增長，亞臨界參數(shù)的300、600MW機(jī)組，甚至超臨界機(jī)組已成為我國各大電網(wǎng)的主力機(jī)組，因此，超高壓、特高壓的一次電氣設(shè)備迅速增加，同時，一次設(shè)備的檢修、維護(hù)任務(wù)越來越重。

2 發(fā)電機(jī)的檢修方法與分析

2.1 發(fā)電機(jī)

山西陽光發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組為東方電機(jī)廠所生產(chǎn)的330MW汽輪發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)組采用臥式軸，軸系上帶有三臺同步發(fā)電機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如表1:

發(fā)電機(jī)定子機(jī)座為中段機(jī)座和兩端罩組成的三段式組合機(jī)構(gòu)，中間段與鐵芯長度相近，兩端罩罩住定子線圈端部，4個臥式冷卻器置于兩端罩頂部的冷卻罩內(nèi)。

因為設(shè)計、制造、運行管理以及系統(tǒng)故障等原因，發(fā)電機(jī)在運行中會發(fā)生異常的振動、發(fā)熱、電暈等各種機(jī)械力和電磁力的作用，引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組接地、勵磁機(jī)碳刷打火、定子繞組絕緣損壞、發(fā)電機(jī)過負(fù)載、溫度升高等故障。

表1 QFSN－330－2－20汽輪發(fā)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2.2 發(fā)電機(jī)的常見故障

2.2.1 發(fā)電機(jī)的事故過負(fù)荷

發(fā)電機(jī)正常運行時，應(yīng)按照銘牌規(guī)定的額定負(fù)荷運行，也可以低于額定值運行，但不得超過。額定負(fù)荷相當(dāng)于在一定冷卻介質(zhì)的溫度下，在定子和轉(zhuǎn)子繞組以及鐵芯長期容許發(fā)熱溫度的范圍內(nèi)，發(fā)電機(jī)的連續(xù)容許千伏安數(shù)。長時間超過額定負(fù)荷運行對發(fā)電機(jī)絕緣壽命有重大影響。

在特殊情況下，例如電力系統(tǒng)發(fā)生事故情況下，為防止系統(tǒng)穩(wěn)定性破壞，允許發(fā)電機(jī)在短時間過負(fù)荷運行。如對QFSN－300－2型300MW汽輪發(fā)電機(jī)而言，表2列出了它的允許過負(fù)荷電流值和時間。

表2 QFSN－300－2型汽輪發(fā)電機(jī)過負(fù)荷電流與時間限制

2.2.2 發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子溫度升高

(1)若轉(zhuǎn)子溫度異常升高，而定子線圈溫度和進(jìn)風(fēng)溫度正常，三相負(fù)荷不平衡度超出允許值或轉(zhuǎn)子溫度表失靈均會造成轉(zhuǎn)子溫度升高，若確認(rèn)是前者須立即降低負(fù)荷，同時盡快調(diào)整系統(tǒng)的三相負(fù)荷，使之平衡，過程中要注意速度，快速使轉(zhuǎn)子溫度脫離危險值。檢查若是后者，則須及時更換轉(zhuǎn)子溫度表。

(2)若定子溫度異常升高，而轉(zhuǎn)子溫度和進(jìn)風(fēng)溫度正常，一般應(yīng)判斷是定子溫度表失靈。由于電阻式測溫元件的電阻值在運行時間較長后，可能會逐步增大，大過儀表限值時就可能出現(xiàn)某一測點溫度突然上升的現(xiàn)象。

(3)若進(jìn)風(fēng)溫度和定子、轉(zhuǎn)子溫度都升高，則基本可以斷定為冷卻水系統(tǒng)發(fā)生故障，須立即檢查氫氣冷卻器是否斷水或水壓太低，并作相應(yīng)處理。

(4)若出風(fēng)溫度升高，而進(jìn)風(fēng)溫度正常，則應(yīng)斷定為通風(fēng)系統(tǒng)失靈，須申請停機(jī)進(jìn)行檢查。

2.2.3 發(fā)電機(jī)定子繞組壞損

若發(fā)生發(fā)電機(jī)定子線棒絕緣擊穿、接頭開焊等問題，便會引起接地或相間短路故障。

發(fā)電機(jī)發(fā)生相間短路時，300MW級汽輪發(fā)電機(jī)可出現(xiàn)4－5倍于額定電流的大電流，在次暫態(tài)過程中，此電流值可達(dá)9－10倍。它在發(fā)電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生很大的電磁轉(zhuǎn)矩，嚴(yán)重時甚至破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

在中性點不接地或經(jīng)高阻抗接地的系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)定子回路單相接地時，還不致引起很大的接地電流，應(yīng)根據(jù)不同的機(jī)組作不同的處理。對300MW以上大型汽輪發(fā)電機(jī)，則應(yīng)立即將發(fā)電機(jī)或發(fā)電機(jī)—變壓器組從系統(tǒng)中解列，并斷開勵磁，再查明接地點及原因，及時消除。下面以山西陽光發(fā)電廠大修期間定子線棒出現(xiàn)問題為例介紹:

在山西陽光發(fā)電廠對1#發(fā)電機(jī)解體大修過程中曾發(fā)現(xiàn)定子端部線棒磨損嚴(yán)重問題

原因:長期高速運行時，發(fā)電機(jī)定子鐵芯壓圈緊固螺栓會因鐵芯壓圈振動磨損而松動，這反映出發(fā)電機(jī)端部整體綁扎不夠緊固，特別是在發(fā)電機(jī)增容后，容量每上升10%，其端部線圈所受電動力會上升約20%，所以需要對發(fā)電機(jī)端部綁扎緊固情況進(jìn)行改造。該發(fā)電機(jī)曾進(jìn)行過增容，在大修時發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)定子端部引出線與固定絕緣夾板間有明顯的磨損，并發(fā)現(xiàn)有灰色的絕緣泥。

措施:針對發(fā)現(xiàn)的問題，首先拆開磨損的部位進(jìn)行檢查清理，然后在絕緣支架和過橋引出線之間加裝了適形的滌綸毛氈墊片絕緣材料，這樣可以減少絕緣支架和過橋引出線之間的摩擦，之后，重新緊固了松動的緊固螺栓，更換了保險墊片。大修中將發(fā)電機(jī)槽楔全部退出進(jìn)行清理，再加絕緣墊重新進(jìn)行了打緊處理。

2.2.4 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路

出現(xiàn)這種故障時，勵磁電流增加，汽輪發(fā)電機(jī)組振動增大，匝間短路處局部溫度升高，導(dǎo)致主絕緣和繞組銅線損壞。

為了查明轉(zhuǎn)子繞組的匝間短路，可在轉(zhuǎn)子繞組上加220V的工頻電壓，測量繞組的交流阻抗。試驗是在0～3000r/min的不同轉(zhuǎn)速下進(jìn)行。在轉(zhuǎn)速改變中，交流阻抗不出現(xiàn)突變，表明不存在由于離心力作用使繞組發(fā)生位移而引起的匝間短路。

運行中，由于轉(zhuǎn)子繞組匝間短路而引起不允許的振動或轉(zhuǎn)子電流急劇增加時，應(yīng)減少負(fù)荷，使振動或電流減小到允許范圍，必要時應(yīng)解列。

2.2.5 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組接地

運行中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子若發(fā)生絕緣損壞、繞組變形的問題，便會引發(fā)轉(zhuǎn)子接地故障，實際中還發(fā)現(xiàn)過轉(zhuǎn)子端部嚴(yán)重積灰而引發(fā)的轉(zhuǎn)子接地故障。

轉(zhuǎn)子繞組接地故障有一點接地和兩點接地兩種。發(fā)生一點接地故障時，線匝與地之間無法形成電氣回路，所以在故障點不會產(chǎn)生電流，勵磁回路仍能正常工作，發(fā)電機(jī)可以繼續(xù)運行，但繼電保護(hù)信號裝置會發(fā)出報警信號。若轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生一點接地故障后，又發(fā)生了在轉(zhuǎn)子繞組或勵磁系統(tǒng)中任一處的接地，則形成兩點接地故障。轉(zhuǎn)子繞組的兩點接地故障是部分轉(zhuǎn)子繞組被短接的狀態(tài)，必然使發(fā)電機(jī)磁路的對稱性遭到破壞，會引起發(fā)電機(jī)劇烈的振動，此時產(chǎn)生的勵磁電流會大大超過額定值，必須立即緊急停機(jī)，否則會將轉(zhuǎn)子繞組燒損。

運行中針對上述故障，要求值班人員按規(guī)程周期通過絕緣監(jiān)視表測量一次勵磁回路絕緣電阻，發(fā)現(xiàn)絕緣電阻低于0.5MΩ時，必須及時采取措施。若已經(jīng)發(fā)生轉(zhuǎn)子一點接地故障，則應(yīng)立即設(shè)法消除故障，努力避免其發(fā)展成兩點接地故障。

2.2.6 發(fā)電機(jī)定冷水系統(tǒng)

山西陽光發(fā)電廠四臺發(fā)電機(jī)組均為水氫氫冷卻方式的發(fā)電機(jī)，其定子采用清潔純凈的凝結(jié)水進(jìn)行冷卻，對供水系統(tǒng)的要求是:

(1)定子冷卻水應(yīng)有良好的介質(zhì)，為此，應(yīng)裝設(shè)離子交換器和過濾器。

(2)管道運行暢通，具有高度可靠性。

(3)具有良好的密封性，特別在發(fā)電機(jī)內(nèi)不允許泄露，故保持一定的氫、水壓差。

例如對山西陽光發(fā)電廠1#機(jī)組發(fā)電機(jī)曾發(fā)生的定冷水泄露問題的處理過程:

在1#機(jī)定冷水壓試驗中先后發(fā)現(xiàn)了兩個漏點，分別在勵側(cè)的24號線棒和汽側(cè)的24號線棒的絕緣盒部位，通過觀察發(fā)現(xiàn)在0.4MPa的水壓下三個絕緣盒部位有明顯的漏水現(xiàn)象，水壓也在短時間內(nèi)明顯下降。在敲開絕緣盒后打壓觀察，勵側(cè)的24號線棒和汽側(cè)的24號線棒的漏點都是沿24號上層線棒中間向端部滲水。

在更換了24號上層線棒后，定冷水系統(tǒng)再次打壓0.5MPa，檢查處理的漏點無滲漏，在保壓過程中，壓力隨時間逐漸下降，在排除了溫度對壓力的影響下，懷疑還有漏點，再次檢查發(fā)現(xiàn)與打壓設(shè)備連接的定冷水排污門門桿部位滲水，更換排污門后恢復(fù)定冷水0.5MPa壓力保壓，在一個小時保壓時間里溫度上升了1.5℃，壓力上升為0.504MPa，隨后對定冷水系統(tǒng)充入 0.5MPa氟利昂查漏，無漏點。接著對定冷水做流量試驗，一切正常。

2.3 發(fā)電機(jī)運行注意事項及日常維護(hù)工作

(1)發(fā)電機(jī)組的運行中注意監(jiān)視有無震動、有無雜音、有無異常氣味，檢查各部分溫度是否過高、有無漏油、漏水、漏氣現(xiàn)象。

(2)注意監(jiān)視勵磁裝置中勵磁機(jī)的換向器以及發(fā)電機(jī)滑環(huán)上有無過多的火花。

(3)注意發(fā)電機(jī)各相電壓要保持基本平衡，且數(shù)值要維持在規(guī)定范圍內(nèi)。發(fā)電機(jī)的頻率應(yīng)按規(guī)程保持在50HZ左右。

(4)經(jīng)常保持廠房和機(jī)組的清潔，定期加添軸承及各活動部分的潤滑油脂。

(5)檢查發(fā)電機(jī)內(nèi)部，不應(yīng)有積水、油或金屬碎屑。

(6)運行時嚴(yán)禁將無關(guān)物件放在發(fā)電機(jī)進(jìn)風(fēng)口，以免影響散熱，引起溫升過高。

3 電纜的檢修方法

3.1 電纜概述

輸電線路和電纜是電力系統(tǒng)的重要組成部分，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和人們生活中，輸電線路和電纜需要進(jìn)行長距離輸電，這使的它們的故障檢測極其困難和復(fù)雜。發(fā)電廠中的主要維護(hù)設(shè)備是電纜。

電纜結(jié)構(gòu)主要由線芯、絕緣層、保護(hù)層構(gòu)成。線芯有鋁芯、銅芯，用于導(dǎo)電。其中圓形導(dǎo)線有穩(wěn)定性好，表面電場均勻、制造工藝簡單等優(yōu)點，所以高壓電纜的線芯大多是為圓形。電纜絕緣層應(yīng)符合以下條件:耐壓強(qiáng)度高，介質(zhì)損耗低，耐電暈性能好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐熱性能好，耐低溫，使用壽命長，機(jī)械加工性能好，價格便宜。電纜保護(hù)層的好壞對電纜的絕緣性能和使用壽命影響很大，保護(hù)層通常有鉛護(hù)套、鋁護(hù)套、橡皮護(hù)套、塑料護(hù)套等。

3.2 電力電纜檢修工藝要求

(1)電力電纜運行中不應(yīng)有過熱現(xiàn)象。正常運行和系統(tǒng)短路時電纜的允許溫度、載流量應(yīng)符合《電力電纜運行規(guī)程》的要求。

(2)電力電纜是否有絕緣或護(hù)套破損、是否有油或化學(xué)藥品服腐蝕、是否受水浸泡及是否受鹽霧污損。

(3)主要的電力電纜設(shè)備應(yīng)每年進(jìn)行一次紅外成像試驗。

(4)電纜的附屬設(shè)施應(yīng)齊全、完整、無損壞。

(5)電力電纜的敷設(shè)符合要求。

3.3 電纜常見故障

3.3.1 主要原因

電纜故障最直接的原因是絕緣降低而被擊穿，有長期超負(fù)荷運行，將使電纜溫度升高，絕緣老化，以致?lián)舸┙^緣。

(1)電氣方面有電纜頭施工工藝達(dá)不到要求，電纜頭密封性差，潮氣侵入電纜內(nèi)部，電纜絕緣性能下降;輻射電纜時未能采取保護(hù)措施，保護(hù)層遭破壞，絕緣降低。

(2)腐蝕:保護(hù)層長期受到化學(xué)腐蝕或電纜腐蝕，致使保護(hù)層失效，絕緣降低。

3.3.2 電纜故障的種類與探測方法

電纜的故障率很低，但維修復(fù)雜耗時。電纜故障可分為開路故障、低阻故障和高阻故障三種類型。維護(hù)時對電纜故障的探測方法取決于故障的性質(zhì)，可選用零電位法，低壓脈沖測試法，直流高壓閃絡(luò)法進(jìn)行探測。

描述電纜故障和探測方法的相關(guān)資料很多且均類似故不再詳述。

4 結(jié)束語

發(fā)電廠一次電氣設(shè)備會受到運行環(huán)境、地域和氣候、操作和維護(hù)的影響而發(fā)生一定的缺陷和故障，同時，一次電氣設(shè)備是電廠中長期工作的最關(guān)鍵設(shè)備，其故障造成的損失、后果和影響對發(fā)電廠和電力系統(tǒng)均是非常嚴(yán)重的。對一次電氣設(shè)備進(jìn)行科學(xué)的檢修與維護(hù)是保證其正常運行的手段，而通過不斷的總結(jié)經(jīng)驗和相互交流，以便更加全面地了解設(shè)備在不同環(huán)境、地域中的狀態(tài)，總結(jié)出一套更全面、規(guī)范的設(shè)備檢修與維護(hù)方法指導(dǎo)生產(chǎn)是本文的希望和目的。