124MW燃機發電機轉子燒損事故的系統分析與優化改進

勞文杰 高炎

摘 要：通過一起燃機發電機在運行過程中解列停機事故，系統的分析轉子燒損原因，對導電螺桿、軸向引線、端部墊塊、匝間絕緣結構及相應工藝措施進行優化改進，有效的保證設備的持續穩定運行。

關鍵詞：發電機;導電螺桿;軸向引線;端部絕緣墊塊;槽絕緣

Abstract：Based on the analysis of the rotor burning loss and the shutdown accident during operation of a gas turbine generator， the conductive screw， axial lead， end pad， inter-turn insulation structure and corresponding technological measures are optimized and improved to effectively ensure the continuous and stable operation of the equipment.

Key words：Generator? Conductive screw? The axial lead? End insulation cushion block? Slot insulation

燃機發電機組由低熱值燃氣輪機、燃機發電機、煤氣壓縮機等組成，汽端對接燃機，勵端拖動離心式煤氣壓縮機。因廠房布置緊湊，發電機轉子抽穿檢修困難，自投運以來未進行過離線檢修。在并網運行過程中，勵磁電流、勵磁電壓突升，燃機發電機與系統解列。

一、發電機保護配置

發電機保護采用兩套GE G60組成雙重化保護，配置有發電機差動、接地、過電壓、低電壓、過頻、過電流、失磁、負序、定時限過流等保護，沒有配置轉子兩點接地保護。

（1）發電機勵磁系統

發電機采用靜態勵磁系統，勵磁裝置為ELIN公司的THYN5系列。勵磁調節器內的主要參數：

最大勵磁電流限制（延時）? ? ? 800A

勵磁電流限制時間常數? ? ? ?5000

最大勵磁電流限制（無延時）? ? 1219A

最小勵磁電流限制? ? ? ? 191A

（2）發電機失磁保護

實時監測發電機的阻抗，如果繼電保護裝置發現發電機阻抗低于瞬時電抗，將觸發整機跳閘動作。為了使保護參數與發電機負載相匹配，繼電保護裝置提供了按30%或更高的發電機負載值進行整定和可適應任何種類的負載的2種設定方式。

（3）發電機轉子接地保護

轉子接地保護通過ELIN勵磁柜內的DRS-MMT實現。DRS-MMT通過電橋平衡原理測量直流勵磁正負對地的絕緣，設置了兩極，第一級為50kΩ動作，第二級為5kΩ動作，兩級均為報警，沒有跳閘功能。發電機轉子保護接線原理見圖1：

二、故障過程DCS曲線（見圖2、圖3）

三、轉子解體后情況

（1）端部墊塊固定方式采用絕緣膠木塊頂部與NOMEX紙鉚釘固定，NOMEX紙再粘結在端部線圈頂部（見圖4）。部分線圈端部墊塊松動（見圖5），拔掉護環后，部分端部墊塊在NOMEX紙上的粘結劑干化以后掉落。

（2）轉子徑向導電螺桿外套絕緣墊塊和鎖緊螺母，通過鎖緊螺母將導電螺桿與軸向引線壓緊以確保其導電性，接觸部位采用表帶式多觸點襯套導電，軸向引線為剖分式中間夾絕緣板結構（見圖6）。轉子徑向導電螺桿與軸向引線接觸部位燒蝕，徑向螺桿與轉子磁極線圈連接的Ω引線斷裂。

（3）轉子上有鐵塊熔化物和鐵渣吸附，磁化現象較為嚴重，最內側磁極線圈槽絕緣燒損，槽口小齒燒融。

四、原因分析

根據DCS曲線及轉子解體后情況分析，事故的發生主要可分為4個時間階段。

（1）該發電機組采用鋼鐵企業焦爐煤氣燃燒發電，受生產約束運行于較頻繁啟停工況。發電機轉子徑向導電螺桿的固定螺母無防松結構易松動，螺桿晃動失位導致磁極Ω引線出現部分疲勞斷裂，繼而出現電接觸不良、電阻異常等情況。同時松動造成導電螺桿與軸向引線導電接觸不良引起螺桿與表帶式觸點襯套放電發生電腐蝕。

（2）事故發生前，發電機出口電壓有跌落現象，轉子勵磁電流升高，勵磁電壓隨之升高，而此時已部分斷裂徑向螺桿磁極Ω引線無法承受強勵電流，導致徹底斷裂。磁極Ω引線斷裂后，轉子線圈開路，在繞組中產生千伏級的高電壓擊穿轉子最內側線圈槽絕緣，形成線圈接地;而徑向螺桿斷裂處也發生放電拉弧現象，轉子形成兩點接地，轉子槽口小齒燒熔，轉子被磁化。

（3）因該機組無兩點接地保護裝置，轉子兩點接地后，線圈僅有8匝通電，其余6匝被隔斷，線圈安匝數只有原來的4/7，轉子線圈勵磁安匝數不夠，定子端電壓下降，勵磁調節器開始強勵。超過強勵允許時間10s后，定子端電壓繼續下降，在故障持續進行的13min時間段內，發電機轉子不斷地加勵磁電流，以維持發電機出口電壓，然后跌落，不斷重復加勵磁電流、再跌落的過程，直至發電機出口電壓無法維持。

（4）發電機出口電壓降低后，廠用電系統電壓受到影響隨之變低，引發副泵保護動作，輔助系統跳機，最終導致發電機最后解列停機。

五、改進對策

（1）優化端部絕緣墊塊裝配結構

將原端部絕緣墊塊結構進行優化，采用扇形墊塊兩側斜面與端部線圈圓角撐緊，確保長期運行不松動（見圖9）。

（2）優化徑向導電螺桿和軸向引線裝配結構

將原螺母鎖緊式導電螺桿、表帶式觸點襯套結構優化為導電螺桿與軸向引線螺紋旋緊，避免松動;將原剖分式軸向引線結構優化為整體式絕緣筒，延長絕緣壽命（見圖10）。

（3）優化匝間絕緣結構

采用無縫拼接組合式匝間絕緣結構，與銅排等寬設計，匝間絕緣與銅排間采用耐高溫的粘結材料，清潔房內進行整體嵌線，有效防止轉子匝間短路，提高轉子運行可靠性（見圖11）。

（4）增加發電機勵磁回路兩點接地保護裝置和相關監測裝置，如轉子匝間短路監測裝置和局部放電監測裝置。

（5）按照國家電力行業標準DL/T1766.1-2017及DL/T838-2003相關規范執行發電機設備的檢修計劃和檢修項目。

六、結語

通過對一起燃機發電機轉子燒損事故的系統分析和優化改進，解決了轉子結構上的隱患，保證了設備的持續穩定運行。

參考文獻：

[1]楊貴恒.發電機組維修技術.北京.化學工業出版社.2017

[2]國家標準.DL/T1766.1-2017 水氫氫冷汽輪機發電機檢修導則

[3]國家標準.DL/T838-2003 發電企業設備檢修導則