TBB-320型汽轮发电机故障分析及对策魏明学
华能汕头电厂，广东汕头 515071 20世纪90年代初，我国陆续引进安装了多台俄罗斯生产的TBB320型汽轮发电机组，其冷却方式为水-氢-氢，即发电机定子线圈及引出线套管采用水内冷，转子绕组和定子铁心采用氢气冷却。 TBB320型汽轮发电机是新产品，在结构设计上比以往俄供发电机有所改进，但仍然存在不少问题，主要存在端部振动大、线棒磨损严重、定子冷却水渗漏、端部铁心小压圈过热、滑环碳刷冒火等重大缺陷，严重危及安全生产。 1发电机定子绕组端部振动大1.1故障现象1.1.1定子线棒磨损严重华能汕头电厂、华能南京电厂、华能营口电厂等同类型俄供机组，在大、小修中打开端盖后均发现端部绑绳、支架固定螺栓、槽内紧固件松动，紧固螺丝螺帽松动脱落，绑环与线棒之间、铁心槽口与线棒之间、绑环与支架之间、楔型隔块与绝缘水盒之间均出现了较为严重的磨损。1.1.2定子冷却水渗漏定子冷却水渗漏有以下几个事例：a) 华能汕头电厂2号机在运行中发现定子冷却水含氢， 1998年大修时, 对定子冷却水进行了查漏，通过在定子冷却水管道中加入氟里昂，用卤化物检漏计检漏，查出在发电机底部定子冷却水汇水环焊口处有三个渗漏点，究其原因是焊口焊接质量差，用银焊补焊好后，未发现渗漏点，水压试验合格。b) 华能营口电厂1, 2号机均发生过多次定子冷却水渗漏情况，其中1号机发生过三次，2号机发生过两次。1号机的第一次漏水是在1996年11月，漏水点在励磁机侧九点处的下层出线线棒，扒开绝缘层对线棒进行检查，发现距并头套约10 cm处空心股线断裂两股，实心线断裂两股，漏水原因为线棒空心股线断裂，更换线棒后水压试验合格。第二次漏水是1998年11月，运行中检测定子冷却水中含氢量增长，但未超过规程限值，增量不大，连续监测至1998年12月底，停机临检时，发现漏水原因为机内定子冷却水出水套管法兰螺栓松脱漏水，紧固螺栓后，水压试验合格。第三次漏水是1999年8月，机组小修进行水压试验时，发现汽机侧三点钟处下层线棒端部空心股线断裂, 励磁机侧十一点处一弓形引线有裂纹，用银焊焊好后，再次进行水压试验，水压试验合格。2号机第一次漏水是1998年4月，励磁机侧八点钟位置，有一绝缘水盒漏水，打开绝缘水盒，发现漏水原因为引水弯管螺帽松动，紧固螺帽后，再次进行水压试验，试验合格。第二次漏水是1999年6月，励磁机侧九点钟位置，下层引线线棒空心股线断裂一根，漏水原因为线棒空心股线断裂。华能南京电厂也发生过多次定子冷却水渗漏，均发生在端部。1.2故障原因分析从以上定子冷却水渗漏情况看，漏水部位均发生在发电机端部，漏水原因为线棒断裂或接头松动。经分析认为，线棒断裂或接头松动均是由于端部线圈振动引起。因端部线棒弯头多，与定子冷却水管的接头也多，造成端部结构复杂。当发电机运行时，定、转子端部漏磁场与定子端部电流相互作用，产生两倍于工频的交变电磁力，这个力作用于端部线棒，会引起线棒相应的振动，另外，支撑线圈的铁心也产生振动，铁心的振动主要是转子磁场引起的倍频椭圆振动，在它的影响下，线圈端部产生倍频振动。发电机带负荷运行时，线圈端部的振动是由定子电流产生的电磁力引起的振动与铁心椭圆振动引起的合成振动。由于这两部分振动都是倍频振动，虽然它们的相位不同，但合成振动的频率仍是工频的两倍。机组容量越大，定子绕组端部受到的两倍频电磁力也越大。如果定子绕组端部的固有频率接近100 Hz，在运行中绕组端部将会产生较大的谐振振幅，且以绕组端部整体摸态频率接近100 Hz、振型为椭圆时最为严重。1.3对策和措施华能营口电厂1，2号机在大修时均做了定子绕组端部动态特性测量，1，2号机的部分励磁机侧引线固有频率接近100 Hz，两台机组励磁机侧均有一个接近100 Hz 的椭圆振型。在大修中对励磁机侧每一根引线进行了单独加固处理，加固后固有频率变化明显，但励磁机侧绕组的椭圆振型固有频率在加绑绳前后几乎没有变化，这说明改变端部整体椭圆振型固有频率非常困难。因此，该类型发电机尚未做定子绕组端部动态特性测量的，应尽快安排测量和评定，对单根线棒引线固有频率接近100 Hz的，可采用加固处理；对绕组端部整体模态频率接近100 Hz、振型为椭圆的，因要改变整体椭圆振型固有频率非常困难，建议暂不处理，但要加强监视，必要时安装绕组端部振动在线监测系统，准备备用线棒和各种绝缘材料，机组每次小修时均应打开上部端盖进行检查，对发电机定子线圈端部的紧固元件，即绑线、垫块、绑环、水接头、端部绝缘要认真检查和清洗，采用新材料、新技术、新工艺，给线圈端部进行可靠的固定，以防止绑线松动、垫块脱落、端环及铁心槽口处绝缘磨损、水接头漏水等，每次大、小修均应对定子冷却水回路进行水压试验，并用卤化物检漏计检漏，以尽早查出事故隐患，保证机组安全运行。2发电机定子铁心端部过热2.1故障现象华能汕头电厂、华能南京电厂、华能营口电厂等同类型机组均发现发电机定子铁心端部有过热现象，特别是端部小压圈严重过热、变色，表面覆盖漆脱落。2.2故障原因分析TBB-320型汽轮发电机在结构上采取了一些完善化措施，发电机电磁负荷和材料利用率提高。通过对发电机定子端部磁场和损耗的分析计算，TBB-320汽轮发电机的线电流为1 864.2A/cm，大于国产300 MW发电机的线电流（1 401A/cm），其材料利用率几乎提高了40%，必然使发电机各金属部件，特别是端部结构件的损耗发热大大增加。另外，端部结构设计不合理，虽然该型号发电机在端部设置了铜屏蔽和磁场屏蔽，但它们主要起着保护定子边段铁心和大压圈的作用，小压圈暴露在端部磁场中，没有任何保护措施。从有关的计算结果看，无论哪种工况，小压圈的损耗都比较大，约占总损耗的1/3，这是小压圈过热的内在原因。对发电机定子铁心的有效部分，新系列机组采取了许多措施，使它们的冷却得以保证，但端部的冷却尚存一些问题。由分析风路得知，发电机端部处于热风区，而且由于端部固定结构影响，造成定子端部通风条件较差，对小压圈的冷却非常不利，这是小压圈过热的另一原因。华能营口电厂在1997年1号机组大修期间，对发电机端部过热情况进行了分析和温升试验，温度严重超标，试验结果表明，在同一有功负荷下，随着无功负荷的减少，发电机端部温升增高，在发电机有功负荷为320 MW，无功负荷为“0”时，小压圈上的温度最高达到270 ℃，已远远超过180 ℃的限制值。2.3对策和措施为了控制发电机定子铁心端部的温升，特别是小压圈的温升，我们认为在现有条件下应采取以下措施：
a) 有效控制发电机进出口风温；b) 在现有定子端部结构的条件下，尽可能局部改进吹拂定子小压圈的风路，使小压圈有一定的冷却风量；c) 在发电机定子小压圈外加铜屏蔽，设法降低小压圈上的损耗；d)限制发电机欠励深度，尽可能多带无功负荷。在机组大小修，特别是机组大修时，对发电机通风系统的检修要认真并加强管理，保证发电机通风冷却系统运行正常。检查、检修的主要项目有：a)各路风道、风沟、风斗应无阻塞，用压缩空气吹扫所有风路，如有异物需清除,对于损坏的风道、风沟予以修复；b) 检查风区隔板有无损坏，如有损坏的应修复；c) 气隙隔板有无松动、断裂，在抽转子时要注意空气间隙，不得碰坏气隙隔板或隔环；d)外观检查转子风扇的风叶座、风扇环、风叶，保持光洁、无裂纹及机械损伤，装好风叶后用铜棒敲击风叶，检查是否有裂纹，并做探伤检查；e) 检查垫片是否翻边锁紧。用力矩板手紧固风叶, 所有螺丝及销钉不应有松动。3发电机定子冷却水进出口瓷套漏氢3.1故障现象及原因由于俄供发电机定子冷却水进出水管采用瓷绝缘套管，极易因机组振动或外力作用造成瓷套裂纹或碎裂漏氢，华能汕头电厂、华能营口电厂、华能南京电厂均发生过因瓷套裂纹原因造成漏氢事件。蓟县电厂俄供机组曾发生过定子冷却水瓷套碎裂，造成机内氢气在2 min内全漏泄出去的极其危险事例。华能汕头电厂定子冷却水进出水管原设计未安装反冲洗管道，1998年2号机组大修时，需对定子冷却水回路进行反冲洗，故在定子冷却水进出口处安装了反冲洗管道，定子冷却水管道改造完后，发电机的整体气密性试验合格，但机组大修并网后，发现发电机定子冷却水出口瓷套漏氢，24 h内补氢率最高达到20%，经检查是瓷套有裂纹，分析认为在安装定子冷却水反冲洗管道时未消除机械应力，机组大修后定子冷却水重新投入运行时管道内有空气未完全排出，使管道振动，瓷套被振裂。由于当时发电任务紧，不能停机，就对瓷套进行了带压堵漏，暂时消除了渗漏。后在小修时把定子冷却水反冲洗管道改成了波纹管，消除了机械应力。由于定子冷却水瓷套无备品，故对定子冷却水瓷套在发电机机内、机外用无纬丝带进行了包扎，并用环氧树脂浇注处理，运行至今，未发生渗漏。3.2对策和措施TBB-320汽轮发电机定子冷却水进出水瓷套管容易因机组振动及外力作用发生破裂，危及安全生产，应尽早对其进行改造，建议改造成国产300 MW机组的结构形式。暂时不能改造的，应注意消除定子冷却水管道的机械应力，机组大小修后或停机后重新启动发电机定子冷却水系统时，应先将定子冷却水管道内的空气排空，消除定子冷却水管道的振动，对已有裂纹的瓷套，应尽快安排更换或包扎浇注处理。4碳刷架、刷握隐患4.1故障现象华能汕头电厂1997年曾发生过碳刷环火，造成碳刷架烧毁，滑环受损严重，强迫停机事故，华能营口电厂也发生过多次碳刷环火停机事故。4.2故障原因分析励磁刷架、刷握为俄供可调弹簧结构，接触点太多，维护量大，故障率高。各组碳刷经常由于压力不均匀，载流量不同，造成各组碳刷的温度不一致，有的碳刷温度很高，有时高达150 ℃，如果这时滑环清扫不及时，碳粉积得太多，就会产生环火，引发事故。4.3对策及措施对刷架可改造成恒压式弹簧，使碳刷压力均匀，每组碳刷的载流量基本相同，消除各组碳刷温度不一致的缺陷。另外，碳刷的监测和维护也至关重要，要定期用红外线测温仪对碳刷的温度进行监测，及时调整刷握弹簧的压力，对磨短了的碳刷要及时予以更换，为保证碳刷和滑环的接触面，每次更换的碳刷个数不应过多。碳刷在刷握中上、下应活动自如，但前、后、左、右不能有框动现象。若新碳刷尺寸略大于刷握时，可将碳刷在砂纸上仔细地磨小，但绝不能磨成上大下小，造成运行时的卡涩现象。要经常保持滑环表面和碳刷的干净，定期吹扫磨下的碳粉。要保持滑环通风孔的畅通，每次停机时用压缩空气对滑环通风孔进行吹扫。5结束语电机是发电厂的主要设备，其故障造成的损失是巨大的，教训也是深刻的，如何在现有条件下尽量减少发电机事故的发生，关键要加强设备维护、试验，利用先进的诊断技术，及时发现设备缺陷，并有针对性地开展缺陷研究，加快设备改造步伐，及时消除出现的缺陷，才能使发电机始终处于最佳的运行状态。 ——此文章转载于互联网，文中观点与本网站无关，如有侵权请联系删除
TBB-320型汽轮发电机故障分析及对策
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