層間脹管注膠不足對發(fā)電機(jī)危害性淺析

陳歷凱

大唐華銀金竹山火力發(fā)電分公司 湖南 冷水江 417500

引言

發(fā)電機(jī)是火電廠的主設(shè)備,它的任何缺陷都可能造成主設(shè)備損壞事故,嚴(yán)重影響電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因此,及時(shí)發(fā)現(xiàn)重要缺陷并正確處理消除設(shè)備安全隱患,對保證電廠主設(shè)備的安全可靠性具有重要的意義。

一、事件經(jīng)過

某火電廠＃2發(fā)電機(jī)于2014年2月12日14：12：56,發(fā)“定子接地保護(hù)”和“外部聯(lián)跳保護(hù)”,跳開了發(fā)變組高、低壓側(cè)開關(guān)與系統(tǒng)解列,造成非停事故。

故障波形顯示發(fā)電機(jī)A相機(jī)端電壓降低,B、C相電壓及三相電流對稱無突變等異常變化。

調(diào)＃2發(fā)變組A1柜P343裝置故障波形,其發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、中性點(diǎn)電壓、發(fā)電機(jī)電流波形變化與發(fā)變組故障錄波裝置波形一致。

二、檢查情況

(一)跳機(jī)前各運(yùn)行參數(shù)檢查情況：1、＃2發(fā)電機(jī)跳機(jī)前定子線棒溫度、進(jìn)出水溫度、內(nèi)冷水出水溫度及壓力、機(jī)內(nèi)氫壓等運(yùn)行參數(shù)正常,漏氫監(jiān)測裝置無報(bào)警,從各運(yùn)行參數(shù)分析無明顯的發(fā)展過程；

2、從跳機(jī)前的端部振動(dòng)在線監(jiān)測裝置上監(jiān)測到的振動(dòng)數(shù)據(jù)分析,勵(lì)端測點(diǎn)的倍頻幅值除在跳機(jī)前＃27槽處達(dá)到了130μm外,其他時(shí)間均在110μm之下,且變化趨勢平緩；工頻幅值除在跳機(jī)當(dāng)天上午＃27槽曾瞬間達(dá)到過240μm外,其余時(shí)間均遠(yuǎn)低于240μm的一級報(bào)警值,但波動(dòng)較倍頻值為大,在跳機(jī)前一小時(shí)內(nèi)達(dá)到了400μm以上；而測得的通頻振動(dòng)幅值在2月11日18：00之后達(dá)到400μm以上且波動(dòng)較大(圖1),通過軟件自帶的頻譜分析,存在較大的低頻分量,其它13個(gè)測點(diǎn)的振動(dòng)幅值跳機(jī)前均未發(fā)生較大變化。

圖1 ＃＃27槽工頻、倍頻、通頻變化趨勢圖

(二)＃2發(fā)電機(jī)定子保護(hù)接地跳機(jī)后檢查情況：現(xiàn)場對＃2發(fā)變組進(jìn)行外觀檢查無明顯異常,檢查內(nèi)冷水箱排汽口有大量氣體,判定已從發(fā)電機(jī)內(nèi)漏氫至內(nèi)冷水中。搖測發(fā)電機(jī)側(cè)絕緣為30MΩ,且2500V的搖表電壓只能搖到500V,解開發(fā)電機(jī)出線和中性點(diǎn)軟連接,離相封母側(cè)絕緣為590 MΩ,將發(fā)電機(jī)排空水后測量A相絕緣1600MΩ,B相720 MΩ,C相1070 MΩ,三相直阻偏差94.3%,B相直阻與上一次比較變大102%,A、C相無異常,初步判斷發(fā)電機(jī)主絕緣未受損,故障點(diǎn)在B相定子線棒水電接頭。

檢查發(fā)電機(jī)內(nèi)部,發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)定子繞組勵(lì)端＃27槽上層與＃11槽下層的水電盒手包絕緣燒損,水盒蓋已經(jīng)燒穿,在勵(lì)端的8點(diǎn)鐘方向可調(diào)綁環(huán)拉緊螺釘拉楔松動(dòng)。打開手包絕緣后發(fā)現(xiàn)＃27槽上層線棒的水盒蓋燒損,上下層線棒間連接股線靠＃27槽上層線棒側(cè)燒損；相鄰線棒的手包絕緣被熏黑。拆除對應(yīng)的絕緣引水管后發(fā)現(xiàn)匯水管側(cè)不銹鋼水嘴已被部分燒損,有放電痕跡。

勵(lì)端第一道綁環(huán)11、1、2、4、5、6點(diǎn)鐘方向,第二道綁環(huán)除6點(diǎn)方向外的多數(shù),汽端第二道綁環(huán)10、11、12、1點(diǎn)鐘方向的拉緊螺釘?shù)牡谓^緣墊圈松動(dòng)。

對發(fā)電機(jī)定子內(nèi)冷水流量和端部模態(tài)進(jìn)行試驗(yàn),流量總體比1月份數(shù)據(jù)偏小,其中1、15、22、34、40槽的上層線棒等5根流量超標(biāo)。模態(tài)試驗(yàn)汽端共振頻率103HZ,勵(lì)端有69和122Hz兩個(gè)點(diǎn),波形均非橢圓形波形。

對故障相帶全部線棒及其它節(jié)距部分線棒進(jìn)行單根線棒振動(dòng)頻率測量,均為50Hz。

單根線棒固有振動(dòng)頻率在拆除手包絕緣后重新測試均在44.5Hz左右。

大電流試驗(yàn)檢查水盒蓋及并聯(lián)股線焊接質(zhì)量未發(fā)現(xiàn)異常。

拆除上層線棒后檢查發(fā)現(xiàn),勵(lì)端五道及汽端第一道層間脹管均存在頂部注膠未滿空心的現(xiàn)象。勵(lì)端下層線棒漸開線間的墊塊大部分松動(dòng),與層間脹管壓接處油泥(黃粉)較多。

圖2 層間脹管內(nèi)應(yīng)注膠部位頂部空心

三、原因分析

1、此發(fā)電機(jī)2005年出廠,當(dāng)時(shí)正處于火電機(jī)組建設(shè)高峰階段,制造廠忙于搶工期,放松了制造過程的工藝質(zhì)量管控。此次發(fā)現(xiàn)的層間脹管注膠不足,運(yùn)行中振動(dòng)磨損,使勵(lì)端端部繞組機(jī)械整體性破壞,結(jié)構(gòu)松動(dòng)引起運(yùn)行過程中端部局部振動(dòng)過大,是發(fā)生此次事故的主要原因。

層間脹管注膠不足是由于在制造時(shí)沒有按工藝規(guī)程的規(guī)定,在規(guī)定注膠壓力條件下保持足夠的時(shí)間,使膠在管內(nèi)充分固化定型。而是注膠量不足以及過早泄壓造成質(zhì)量缺陷。

2、結(jié)合近三年檢查情況分析,此發(fā)電機(jī)端部緊固結(jié)構(gòu)松動(dòng)趨勢明顯,雖在歷次發(fā)現(xiàn)磨損松動(dòng)后進(jìn)行了局部處理,但未能從根本上解決。在跳機(jī)前勵(lì)端突然出現(xiàn)較大的振動(dòng),事故前一小時(shí)內(nèi)工頻振動(dòng)幅值從100微米左右快速上升至500微米,振動(dòng)的突然增大是造成水電接頭斷裂燒損的直接原因。

而振動(dòng)增大是由于磨損造成的惡性循環(huán),這類磨損缺陷只進(jìn)行局部綁扎或注膠處理不能解決根本問題。

3、此發(fā)電機(jī)＃27槽上層線棒勵(lì)端水盒蓋在2012年3月更換過,當(dāng)時(shí)是采用火焊進(jìn)行焊接,2014年1月?lián)屝捱^程中由于直阻超標(biāo)發(fā)現(xiàn)此處股線焊縫開裂,再次重新焊接。兩次焊接加熱引起此處的金屬材質(zhì)變化,致使強(qiáng)度不夠,在較大的振動(dòng)作用下拉裂放弧,產(chǎn)生的熱量造成＃27槽上層線棒與11槽下層線棒間并聯(lián)股線燒熔,金屬顆粒進(jìn)入內(nèi)冷水系統(tǒng),導(dǎo)致內(nèi)冷水的電導(dǎo)率急劇升高,以及電弧產(chǎn)生的劇熱使內(nèi)冷水產(chǎn)生汽化形成汽隙放電,使繞組導(dǎo)電部分與匯水管之間形成電的通道,造成非金屬性接地短路跳機(jī)是事故發(fā)生的間接原因。

4、事件發(fā)生后,組織哈爾濱大電機(jī)研究所、廣東電科院、華北電科院、湖南電科院、東方電機(jī)及哈爾濱電機(jī)等技術(shù)專家進(jìn)行專題分析,與會(huì)專家經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)地查看,和充分研討分析,一致認(rèn)為此發(fā)電機(jī)V1相帶范圍內(nèi)發(fā)生三次線棒水電盒斷裂、燒毀的主要原因是由于制造質(zhì)量的分散性造成端部松動(dòng)嚴(yán)重,整體性變差,導(dǎo)致端部振動(dòng)過大,引起線棒鼻端金屬疲勞所致。

四、處理方案和防范措施

1、拆出全部線棒重繞(線棒重新安裝),清理錐環(huán)表面,更換適形材料,更換層間適形脹管,重新進(jìn)行端部線圈壓型。

2、所有線棒在拆出前進(jìn)行大電流紅外成像檢測試驗(yàn),拆出后全部進(jìn)行單根線棒試驗(yàn)(含著色探傷、相控陣探傷、水壓、氣流量、電氣耐壓),更換試驗(yàn)不合格的線棒。全部線圈按照制造廠工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行重新裝配、綁扎和加固。裝配完成后進(jìn)行模態(tài)、測頻、表面電位、流量、交直流耐壓、直阻等試驗(yàn),并根據(jù)DL/T－735－2000《大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部動(dòng)態(tài)特性的測量及評價(jià)》按新機(jī)標(biāo)準(zhǔn)對端部緊固情況進(jìn)行考核。

3、執(zhí)行防止發(fā)電機(jī)損壞事故措施等相關(guān)反措規(guī)定,積極開展發(fā)電機(jī)端部松動(dòng)檢查工作,采取加裝端部振動(dòng)在線監(jiān)測裝置跟蹤端部振動(dòng)情況；按要求開展發(fā)電機(jī)端部模態(tài)、表面電位、流量等試驗(yàn)。

4、加強(qiáng)發(fā)電機(jī)端部振動(dòng)在線監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測,對發(fā)電機(jī)端部振動(dòng)通頻、工頻與倍頻均加以關(guān)注,找尋其與振動(dòng)幅值間的關(guān)系,加強(qiáng)振動(dòng)數(shù)據(jù)的定期分析,以便振動(dòng)異常時(shí)采取相應(yīng)措施。

五、修復(fù)后的效果

發(fā)電機(jī)按制造廠的工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行線圈重繞,嚴(yán)格控制層間脹管注膠質(zhì)量和綁扎牢固后投入運(yùn)行。五年來,發(fā)電機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)沒有出現(xiàn)異常,端部振動(dòng)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)也未出現(xiàn)異常。

后續(xù)檢查,端部沒有出現(xiàn)松動(dòng)、黃粉、油泥現(xiàn)象,此發(fā)電機(jī)已從根本上消除了定子繞組端部制造質(zhì)量分散性的缺陷。

六、層間脹管注膠質(zhì)量的危害探討

1、層間脹管注膠是為了保證線棒安裝完成后,在上、下層線棒間成形幾道整體填充壓實(shí)成型的擠壓環(huán),與各綁環(huán)、綁帶一起將多個(gè)線棒綁形一個(gè)整體,控制線圈的振動(dòng),線棒與線棒之間、線圈端部各部件之間不會(huì)產(chǎn)生位移磨損。如果注膠質(zhì)量達(dá)不到要求,甚至空心就不能使線圈形成一個(gè)整體,部件之間就會(huì)由于振動(dòng)產(chǎn)生位移磨損,磨損松動(dòng)后又會(huì)加劇振動(dòng),造成惡性循環(huán),最終導(dǎo)致事故發(fā)生。所以層間脹管注膠的質(zhì)量是發(fā)電機(jī)線圈端部不松動(dòng)的重要保證,而注膠壓力和保持時(shí)間是關(guān)健。

2、檢查發(fā)現(xiàn)有黃粉或油泥時(shí),應(yīng)重點(diǎn)查出磨損點(diǎn),弄清松動(dòng)的原因。如果多次發(fā)現(xiàn)有同樣的松動(dòng),就要重點(diǎn)考慮難以檢查到的部位(如層間)磨損的可能性,一旦確定是層間磨損松動(dòng),則應(yīng)重點(diǎn)考慮層間脹管或綁扎的質(zhì)量問題,抬線棒處理是最能徹底解決問題的方案。

七、結(jié)束語

汽輪發(fā)電機(jī)是火力發(fā)電廠的主設(shè)備,它的可靠性不但關(guān)系著發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益,也是電網(wǎng)安全的基礎(chǔ),而發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,理論深?yuàn)W,電廠技術(shù)人員又難有機(jī)會(huì)全面熟悉發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu),對缺陷或故障判斷和處理,特別是對層間脹管質(zhì)量問題這類嚴(yán)重缺陷處理更是比較困難,現(xiàn)以這篇文章與大家共享。