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200 MW汽轮发电机定子事故的原因分析及改进措施

季开
大同第二发电厂 山西大同 037043 1 防止200 MW汽轮发电机事故的意义

国产200 MW汽轮发电机是80年代安装的主要机型,在今后相当长的时间内是电网的主力机组,其可靠性对电力安全生产至关重要。但是,近年来,国产200 MW汽轮发电机组频繁发生定子端部短路事故。据统计,到1991年6月止,在国内3个制造厂生产投运的106台200 MW发电中,自1983年起已在12台机上发生过16台次定子端部短路事故。类似事故在大同第二发电厂就发生了3台次。频发的200 MW发电机事故 ,不仅给国民经济带来了巨大的经济损失,而且更加剧了本已缺电的电网供电紧张状况。因此分析研究已发生的发电机事故原因,总结经验教训,对于避免国产200 MW发电机事故发生,有着极其重要的现实意义。本文将就我国200 MW发电机发生过的事故,出现的重大缺陷进行分析,从而提出200 MW发电机事故的预防措施。

2 200 MW发电机重大事故分析

大同第二发电厂的6台200 MW发电机均系东方电机厂的产品,从投产以来,发生过以下几类重大事故:

2.1 定子端部短路事故

电厂投产至今,共发生过3起发电机定子端部短路事故,依次为6号机、3号机、1号机,其中尤以1号发电机存在的问题最多。

1号发电机系东方电机厂1978年10月出厂的第九台200 MW发电机,机型为QFQS-200-2型,水氢氢冷却方式,1984年6月投产。1993年2月26日,正在运行的1号发电机发生了汽侧端部左下方B、C相短路放炮事故。检修人员连续奋战17 d,共更换上 、下线棒26根。据查,事故是由于产品制造质量不良,设计不合理及恶劣的运行环境造成的。抢修中发现1号发电机存在以下问题:

(1) 发电机内进油甚多,定子端部表面层间、槽内、出线罩、风道内及转子上均沾有油污,且油中含水。

(2) 发电机端部线棒与支架、绑环之间以及线棒与线棒之间均用五纬玻璃丝带绑扎,这种方式固定接头很不牢固。

(3) 端部直径20 mm大绑绳浸胶不透,在端部绝缘盒根部仅在上下线棒表面缠绕了3~6层普通无碱玻璃丝带且未浸胶,该处易积油,是造成这次事故的重要原因之一。

(4) 绝缘盒内的填料不充实,在拆除的50多个绝缘盒中,发现近一半填料盒填料不充实,且大部分口部有油污。

(5) 绝缘盒与线棒主绝缘的搭接长度仅为10 mm左右,大大低于40 mm的规定。
(6) 线棒端部由于增加了10根假线,且有小铜并头套,该处主绝缘异常薄弱。
  (7) 端部绝缘盒鼻部,12根引线手包绝缘均为沥青云母带绝缘,且严重浸油。
  (8) 端部绝缘盒扣缝处填料不实,励侧扣缝正对转子旋转方向,下部绝缘盒极易积油。

(9) 线棒实心导线间对接焊缝焊接不良,空心导线与水接头对接焊缝焊接不良 ,大多数焊缝没有加盖,且焊缝形状不规则。

2.2 定子引水管漏水

1993年8月14日进行的3号机预防性试验发现,每次开启内冷水泵后发电机定、转子绝缘都有大幅度下降,且油水继电器中流出的水量超过了其他机的放水量,初步分析:系漏水造成的。发电机排氢排空后,打开人孔门,进入机内仔细检查,发现定子内冷水压为0.2 MPa时,励侧下部C相一引水管与B相出线连接块上导体绝缘搭绑固定处往下滴水,险些酿成大祸。取下该引水管发现引水管上有10多个针眼大小的孔,同时搭绑处绝缘已击穿。处理该处绝缘并更换引水管。造成漏水的原因是:
(1) 该引水管的安装有问题,击穿处绝缘包扎不合理。

(2) 运行环境恶劣,进油很多。

(3) 3号机曾发生过一次出线断水事故。由于断水,出线过热,将引水管内层包的5~6层绝缘烧坏,引水管也受到损坏。

2.3 出线水路断水故障

3、5号机均发生出线水路断水故障。1993年5月在5号机大修中,发现过渡引线绝缘层大部分烧坏,造成这一事故的原因是:

(1) 运行人员的责任心不强,检查不细。

(2) 在内冷水系统未设水流量监视装置,不便于运行人员做全面直观检查。

(3) 出线水路与定子内冷水路虽然并联在一起,但出线水路设置了中间环节——进出水门,应将该进出水门取掉。

2.4 发电机漏氢现象

发电机漏氢事故曾发生过多次,虽然至目前为止还未引起重大事故,但由于其一旦发生事故,危害极大,不能不引起我们足够的重视。发电机漏氢大致有以下几方面原因:

(1) 发电机密封瓦制造检修工艺不佳,间隙严重超标,密封垫未压好,造成大量漏气。

(2) 由于出线断水过热烧坏出线套管密封垫或发电机向膛内进油,长期积油将出线套管密封垫泡坏,引起发电机漏氢。

(3) 定子出线罩使用材料(碳钢)不当,引起出线罩壁板过热(发紫),尤其是出线罩与励侧端罩之间把合螺钉过热,导致该处密封条老化而漏氢。

(4) 端盖密封条、人孔门密封条、氢气冷却器等密封垫(条)使用规格不当或安装工艺不当造成漏氢。

从以上事故原因的分析中,得出以下结论:

200 MW发电机事故的发生,既与制造厂设计不合理,制造质量不良有关,也与使用单位的检修质量、运行管理及运行人员素质有关。因此,对于已投产的200 MW汽轮发电机组,一方面要花大力气提高检修质量,严格执行检修工艺标准,加强运行管理,培养运行人员的责任心;另一方面对存在的问题必须加紧解决。

3 防止事故发生应采取的技术措施

为了防止向发电机内漏油,油中带水,引起定子端部短路事故,除了采取加装新型高效氢气干燥器、绝缘连续监测装置等辅助措施外,还要加强维护和检修,并结合设备改进,消除透平油中进水,发电机内进油的缺陷,采取了以下措施:

(1) 将密封油箱与主油箱分离,切断汽轮机因气封不严,水汽漏入润滑油,润滑油回到主油箱后污染密封油的污染源,使密封油内含水量大大降低,控制在标准之内。

(2) 发电机6、7号瓦加装防漏油装置,如加装哈尔滨通能电器有限公司研制的TN系列接触式油挡,或者根据其他原理制成的新型油挡,以便解决向发电机内漏油的问题。于1997年已在3号发电机6、7号瓦处加装了TN系列接触式油挡,实际情况说明,机内几乎没有进油,氢气湿度达到了反措要求,值得大力推广。

为防止定子端部事故的发生,需对定子端部结构进行以下改进:

(1) 采用新的、可靠的端部绑扎材料,提高端部的整体性能和绝缘性能。

(2) 取消定子线圈端部的小并头套,增加此处线圈的绝缘厚度。

(3) 改进绝缘盒设计,增加绝缘盒与主绝缘的搭接长度(不小于40 mm),内外绝缘盒扣缝应与转子旋转方向相同,并用填料将盒缝封严,防止油污沿缝渗入绝缘盒内,绝缘鼻端设凹台,防止绑绳滑落到绝缘盒外。
  (4) 为了保证绝缘盒质量,对绝缘盒进行100% 的耐压检查,并用填料将绝缘盒口部及根部封死,该处盒外填料与主绝缘搭接尺寸不小于20 mm。

(5) 取消原设计中绝缘盒口处直径10 mm的绑绳,切断端部相间短路的一个危险通道。
(6) 端部大绑绳要按配方浸胶,并保证浸透。

(7) 提高实心及空心导线的焊接质量,研究对接焊焊缝接头质量的检验方法,加强检查。

上述防止定子端部短路事故的措施,已在1~6号发电机上得到推广应用,效果很好。从1994年陆续改造后至今,没有发生短路事故,且每次机组大小修时,端部电位外移试验数据和直流泄漏的试验数据都比未改造前理想,发电机定子的整体绝缘水平有了大幅度的提高。

为了防止发电机引水管漏水现象发生,绝缘引水管应尽量避免同其他部件相碰或交叉,若确实无法避开,必须用玻璃丝带绑扎固定(且中间须垫涤纶毡)。

为了防止发电机出线套管冷却水路断水,正确显示内冷水的通水状况,应安装定子出水流量表,且应装在发电机的进水管上,以便直接监视进出水量,及时发现漏水问题。流量表至发电机的管路上不得接入其他管路,同时应将出线水路上的阀门取掉,使出现水路直接与内冷水水路相接。

为了防止发电机漏氢,建议采取以下措施:

(1) 检修后,应进行气压检漏试验,对东方电机厂产品气压试验最高压力约为392 kPa。气压试验中检查发电机各处的密封状况,并派责任心强的人员仔细查漏,出现问题彻底处理。大同第二发电厂已采取这一措施,效果很好。

(2) 对于出线罩与端罩之间的结合面,为了彻底解决漏氢问题,应将该结合面直接焊死(应保证焊接质量)。为保证出线法兰与出线套管台板的结合面密封性能,应将出线罩及台板更换为不锈钢材料。1号发电机已于1991年5月更换为不锈钢材料出线罩,彻底解决了出线罩过热使绝缘垫老化的问题,解决了该结合面的漏氢问题,实际情况证明,效果非常好。

(3) 密封瓦座与端盖垂直结合面的密封条应采用辛店电厂的经验,中睛橡胶内加一层帆布,整圈厚8 mm,均匀一致,并且按技术要求开孔。并将其紧固螺钉改用5Cr2MoV合金钢材质,小修时每一螺钉都应重新紧固。

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