兩起135MW發電機定子鐵芯故障分析處理

梁保華

連州發電廠，廣東省連州市 513400

兩起135MW發電機定子鐵芯故障分析處理

梁保華

連州發電廠，廣東省連州市 513400

介紹了連州發電廠3、4號發電機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，針對原因對定子鐵芯進行了斷齒修復和緊固，對受損線棒進行了更換修復，跟蹤各發電機修復后運行效果良好。

發電機；定子鐵芯；松動；斷齒；絕緣損傷；故障處理

1.發電機定子基本情況[1]

連州發電廠3、4號汽輪發電機型號為QFS-135-2，定子額定電壓15.75kV，定子額定電流5822A,額定轉速3000r/min。采用水、水空的冷卻方式即發電機的定子繞組和轉子繞組采用水內冷。定子鐵芯及端部結構件采用空氣冷卻。

2.發電機定子故障的發現[2]

連州電廠3、4號機組分別于2004年2月和11月投產，運行1年于2005年兩機組分別進行了A級檢修，檢查各發電機本體包括定子鐵芯無異常，2010年6月21日，對4號發電機進行第一次B級檢修，抽出轉子后發現定子勵端＃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號機組停機進行第一次B級檢修，于10月22日抽出轉子，發現勵端鐵芯有多處斷齒以及多條線棒損傷現象，故障同4號發電機類似，并且轉子表面刮損，鐵芯通風槽內發現部分鐵屑。

圖1

3.發電機定子損傷故障原因分析

現場用工具測量各發電機其他未發展到損傷程度的鐵芯齒頭松動情況，發現勵端多處階梯鐵芯亦有松動，多處齒壓板鐵板亦已斷裂，甚至有風道工字鋼斷裂的情況。對于雙極發電機，由于轉子和定子間的磁作用力使得鐵芯上每一點的振動頻率為轉速的二倍[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理：如第一檔鐵芯脫落硅鋼片（沖片）碎片，受風力吹送往鐵芯中部移動，但碎片質量很有限，對途經的鐵芯表面刮損程度應該比較輕微，按理不應造成鐵芯表面如此嚴重的形似“擊傷”的軸向分布損傷。但是當考慮電磁力時，從勵側往發電機看轉子旋轉方向是逆時針方向，碎片受到周向電磁力吸引作用，將沿周向逆時針運動，當受到最近處的線棒阻擋時，會在該處相對較少的空間內堆積和停留（見圖2），并對該處鐵芯和線棒側面沖擊造成損傷，可能進一步生產摩擦、齒頭表面短路發熱和電腐蝕而使硅鋼片表面進一步脆化，發生更多掉落。

運行中發電機鐵芯在勵磁時，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（轉子以3000轉/秒的轉速旋轉，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2 P ×轉速n/ 60 = 2 ×3000/ 60 =100Hz的高頻振動力，因此即使脫落碎片質量較小，仍對途經的鐵芯表面產生較強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子鐵芯，若繼續發展擴大故障，鐵芯松動將導致定子整體緊固性被破壞。這些現象發展到一定程度形成惡性循環，如不及時處理，引起端部線棒絕緣層半導體層全部磨損，最終將造成發電機絕緣擊穿和鐵芯燒毀的嚴重事故[5]。

5.修復處理

（1）拔出各損傷部分上層線棒，清理定子鐵芯膛內。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。打磨時應配備真空吸塵器，應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：進行鐵芯鐵耗發熱試驗，在試驗過程中，用熱像儀和紅外點溫計檢查定子鐵芯內膛。

以上機組經修復后投入運行，并分別于2011年月2012年月抽轉子或吊開大小端蓋檢查修復運行情況，表明效果良好。

6.結語

總結本次處理經驗為應對發生同類發電機定子故障，建議：

（1）發生同類發電機斷齒故障后，用絕緣材料打緊和鑲膠木假齒處理的方法是可行的。

（2）應提高發電機制造、安裝質量。加強沖片制造過程檢測，采用清潔區疊裝鐵芯，加強疊裝過程檢查，避免發電機制造、安裝階段隱藏的缺陷遺留到生產中。

（3）運行單位應加強對發電機運行維護過程保護、防止過程中磕碰傷事故發生，新機運行一年發電機首次檢修，有必要進行抽轉子檢查，及時發現和處理發電機制造、安裝等方面的問題。

（4）新裝發電機投產后第一次大修時，對定子鐵芯的再打緊是必要的，建議各同類型機組電廠將此列入第一次大修常規項目。

[1]上海發電機廠.QFS50－300MW系統雙水內冷汽輪發電機產品說明書

[2]上海發電機廠.連州電廠3 號機(135S025)定子鐵心斷齒修理情況

[3]顧晃.汽輪發電機組的振動與平衡,1989年06月

[4]楊嗣彭.同步電機運行方式的分析,1989年11月

[5]羅 松.東風發電廠發電機定子鐵芯斷齒與處理.貴州水力發電,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：連州發電廠，職稱:電氣工程師，從事發電廠電氣專業技術管理工作。