淺談大型發電機鐵芯松動的成因及對策

陳嘉峰

哈爾濱電機廠有限責任公司 黑龍江哈爾濱 150040

摘要：近年來全國大容量機組越來越多，發電機的容量、體積、電流與溫升也隨之增大，對發電機的定子線圈絕緣包扎、端部固定及定子鐵芯的端部漏磁都提出了更高要求。本文把一電廠4號發電機因為鐵芯松動發生匝間短路而導致定子線圈接地故障的經過、檢查、處理及原因分析進行了詳細闡述，總結經驗教訓，提出了應該采取的預防措施等，為從事發電企業的各位同仁提供借鑒和建議。

關鍵詞：發電機；鐵芯松動；匝間短路；原因分析；防范措施

1.設備結構簡單概述及事件經過及現場檢查

600MW等級汽輪發電機定子鐵心全長6300mm，軸向共分96段，每段之間有6mm通風道，通風槽鋼高度為6mm，靠近兩端3段鐵心為階梯段（項號片）并粘接成一體（見圖1）。

該發電機2009年12月10日通過168h考核，2013年4月檢查發現發電機汽端定子端部階梯鐵芯5點位置燒損，燒損深度大約距離上層線棒的上表面三分之一處。另有四處鐵芯松動，通風槽鋼有三處斷裂。線棒側面絕緣燒損，大約有深1-2mm。見下圖。

修理后時隔一年又發生鐵心故障，并導致定子繞組接地嚴重事故，檢查確認定子鐵芯汽端端部有燒損及斷齒現象。通風槽鋼斷裂。共三處。34號槽定子線棒接地。（為第6種線棒）故障點見下圖.

2.故障原因剖析

2.1定子鐵心故障機理：一般分為有效鐵心壓裝變松、片間絕緣損壞、鐵心壓指或通風槽鋼壓偏脫落，鐵心齒部疲勞斷裂，鐵心局部燒熔。有效鐵心壓裝變松是鐵心故障中最常見和最易發生的，同時鐵心變松故障的發展導致片間絕緣損壞，鐵心振動等漸進式惡性循環故障。由于制造時出現偏差積累，在發熱、振動及電磁力的長期作用下，使端部產生過量松弛，進而片間出現振動，相互打擊、摩擦致使片間出現絕緣損壞和金屬疲勞斷齒，造成鐵心沖片間短路，形成閉合渦流環路在沖片間產生較大環流，使短路點嚴重過熱，又使相鄰沖片絕緣損壞，造成沖片短路面積逐漸擴大，此時由于閉合環路中磁通量增加，導致閉合環路的電流成倍增加，如此形成惡性循環，造成嚴重鐵心燒損。在振動因素的影響下，還存在短路點形成火花放電，造成齒部燒熘斷齒。同時使相鄰槽內的線棒絕緣遭到破壞。摩擦還能產生黑色粉末或氧化紅色粉末，若機內有漏油現象會有黑泥產生，機內漏油會加速鐵心片間絕緣和粘接膠的老化，同時提供片間的潤滑劑，加速其振動。斷齒進入氣隙內造成轉子表面及鐵心表面的損傷。

2.2鐵心壓緊次數未達到規定次數；定子鐵心疊片過程需要每疊一定長度的鐵心就要用油壓機壓緊一次，之后再繼續疊片，工藝文件規定600MW發電機定子鐵心疊片過程中共壓緊9次，壓緊位置在第L11，L22，L33，L45，L57，L69，L81，L91，L96段。每次壓緊都需裝配、拆除油缸活塞柱一次，平均耗時4h至5h，每臺定子鐵心重復9次，并在定子機座立著的工位操作，操作在機座膛內，外部不可見。操作者為在最短的時間內完成裝壓任務，減少了油壓機壓緊次數，致使鐵心壓緊不足，片間壓力未達到規定壓力值。在機組運行時在振動、溫升和電磁力的作用下，沖片間壓力重新分布，在壓力不足的狀態下，有效鐵心局部或整圈松弛而產生沖片振動、磨損、疲勞斷齒，直至磨損線棒主絕緣，造成定子繞組接地事故。

2.3由于鐵心裝壓是從勵端開始，汽端結束；勵端在下，汽端在上，勵端鐵心端部被壓次數最多，汽端鐵心端部被壓次數僅有一次，并其下部支撐是非緊固的鐵心，而勵端除多次被油壓機壓緊外同時還有鐵心自重的作用。汽端端部鐵心在放置水平位置時還要進行加熱后拉伸器壓緊，由工期壓力，在拉緊時未冷卻到室溫，熱膨脹量尚未恢復，汽端沒有有效壓緊，這是汽端端部鐵心發生故障概率大的原因。

2.4另外一因素也直接影響鐵心齒部的緊度，就是齒部的補償墊片加墊的準確性。由于沖片同板差和絕緣漆膜的均勻度偏差的客觀存在，鐵心齒部必須進行厚度補償；最初的補償的依據是根據沖片人工測得的數據進行計算統計固定補償值，當沖片同板差和漆膜均勻度偏離統計值時，配墊的補償將不準確。若補償不足，將導致鐵心齒頭松弛。據調研，該生產廠家2010年將該工藝變更為壓鉛絲適配。

3.處理過程

3.1針對鐵芯燒蝕，采用假齒修復燒蝕鐵芯，并更換5號槽上層線棒。

3.2針對直流電阻不平衡缺陷。將該處連接銅條重新焊接并進行超聲波檢查，并進行直流電阻測試合格。

3.3 對鐵芯92處短路情況，采用插云母片進行絕緣處理，對處理后的鐵芯松動情況采用緊量刀插入檢查。

3.4 對發電機端部鐵芯穿心螺桿及定位螺栓全部進行緊固，并對螺母鎖片及防脫滌玻繩進行重新鎖定。

3.5更換4號發電機全部槽楔。

3.6對斷裂的通風槽鋼采用打入環氧玻璃布板緊固處理。

3.7對鐵芯穿心螺桿及槽楔緊度處理按照哈電公司方案，鐵芯穿心螺桿及定位筋螺桿螺母采用哈電專用拉伸器拔緊，合格標準為冷態時，鐵芯穿心螺桿壓力2.36×105N，定位筋螺桿壓力為1.57× N，螺栓拔緊且不松動；用硬度儀檢查槽楔緊度，單個槽楔硬度不低于700HL，相鄰兩槽楔不得同時低于650HL。

3.8若在檢查時，確定端部鐵心端部松弛嚴重，（1）片間絕緣大面積磨損嚴重，且深度大于50mm；（2）齒頭損壞、斷齒、通風槽鋼移位嚴重。通過現場局部修理無法滿足機組安全可靠運行，將啟動端部鐵心段重疊的方案。按照《660MW汽輪發電機定子鐵心汽端邊段鐵芯拆除修復工藝》執行，目前生產廠家正在設計制造適合現場條件的專用工具。

3.9增加沖片原材料的進廠檢驗，尤其是同板差；在大型火電機組中必須應用水溶性無機圖層，適當降低漆膜厚度，減少收縮量；

4 結束語

通過本次發電機燒毀事故處理和原因剖析，得出大型發電機運行及檢修改進措施建議：

4.1要嚴格發電機檢修管理，對存在鐵芯松動、端部松動等重大隱患和缺陷的，必須組織專家認真分析原因、論證方案，嚴禁簡單盲目修復。對于同一臺發電機歷次檢修、事故發現的問題要串起來進行綜合分析。對于發電機修復工藝和修復過程的質量控制，發電企業要落實責任，嚴禁以包代管。認真做好發電機穿轉子后，發電機本體作業過程中工具管理，防止異物留在發電機內。發生返修時，要嚴格履行審批和監督手續，嚴禁隨意返修。

4.2對發電機要進行常規方法的鐵芯溫升試驗，用紅外熱像儀全面檢查鐵芯溫升情況。另外，今后所有300MW及以上的汽輪發電機大修（抽轉子），都要對鐵芯進行定量的緊力檢查，進行常規鐵芯溫升試驗，及時發現鐵芯薄弱環節。

4.3認真做好發電機相關試驗結果的分析工作。對歷次發電機端部振動模態固有頻率進行比對，如出現固有頻率明顯下降或振型發生明顯變化時，要引起重視，認真檢查端部緊固情況；除了關注端部整體振動固有頻率外，也要分析每一個線棒的固有頻率，處于倍頻區域的要進行處理。對于發電機端部在線振動數據，除了關注基頻和倍頻數據外，通頻數據也要認真對待。無論哪個頻段的振動幅值發生明顯變化時，都要分析原因。

4.4嚴格控制發電機內進油。回裝發電機端蓋時要防止墊片堵塞回油孔，保持回油暢通。各火力發電企業要建立發電機進油考核機制，對于修后發電機進油、運行中進油進行考核。

參考文獻：

[1]陳喬夫.電機學[M].武漢：華中科技大學出版社，2010.