660 MW發電機勵端軸瓦絕緣失效故障處理

王艦鋒

（神華國能哈密電廠，新疆 哈密 839000）

0 引言

絕緣性能是衡量發電機安全性能是否符合標準的重要指標，發電機投入使用前必須進行絕緣性能試驗，以此保障生產安全。但在長期生產作業運行期間，發電機受到各類因素干擾而易出現勵端軸瓦絕緣失效故障，產生電流，為發電機的安全穩定運行埋下隱患。為避免勵端軸瓦絕緣失效故障造成發電機生產安全事故，須對絕緣失效故障加以重視，結合發電機檢修記錄，了解其勵端軸瓦實際參數，判斷是否存在絕緣失效隱患，并對常見故障原因進行分析論證，熟悉故障處理措施，以此更好地應對故障問題。

1 絕緣失效故障概況

1.1 發電機結構

某型號為QFSN-660-2-22B 的660MW 發電機在近期運行期間常出現勵端軸瓦絕緣故障問題，為探究故障產生原因，并進行應對處理，須明確發電機結構，該型號發電機作為三相交流隱極式發電機，主要由勵端軸瓦、密封瓦、汽端蓋、勵端蓋、轉子、定子、冷卻器、汽端軸瓦等部件構成，其中勵端、端蓋、軸承結構示意圖見圖1[1]。該QFSN-660-2-22B 660MW 發電機額定電壓、額定轉速分別為22000V、3000r/min，定子、轉子繞組均為F 級絕緣，為避免發動機在運行期間遭受電流危害，在發電機端蓋與勵端中間環、軸瓦軸承座、外擋油蓋間均已做好絕緣處理，在檢修期間，須對絕緣效果進行控制，檢查發電機端蓋與各部件間的絕緣效果是否完好，以此保障發電機機組在絕緣環境下安全化、穩定化運行。

圖 1 勵端、端蓋、軸承結構示意圖

1.2 絕緣失效故障記錄

該QFSN-660-2-22B 型號的660MW 發電機在近階段大修中頻繁出現發電機勵端軸瓦絕緣失效現象，使發電機檢修返工率極大提升，不僅給發電機檢修工期造成阻礙，還因勵端軸瓦絕緣失效現象埋下了發電機機組運行安全隱患。在該型號規格發電機設備中，絕緣失效問題主要集中在軸承座、密封瓦座2 個部位，發電機檢修期間的絕緣失效記錄如表1所示。

表 1 發電機檢修期間的絕緣失效記錄

將大修實測結果與標準數據進行對比后可發現，軸承座、密封瓦座為發電機勵端軸瓦絕緣失效的主要表現部位，且通油前、通油后均存在絕緣故障，而解決軸承座、密封瓦座處絕緣故障須耗費1d～3d，給生產作業造成阻礙，并產生經濟損失，因此須加強對發電機勵端軸瓦絕緣失效故障的重視，以發電機結構為依據進行故障處理分析，結合設計運行情況進行故障處理，避免勵端軸瓦絕緣失效問題擴大而導致額外損失。

2 絕緣失效故障原因分析

為解決該660MW 發電機在運行期間常發生的勵端軸瓦絕緣失效故障問題，組建絕緣失效故障專項處理小組，由專業技術人員組成，對設備缺陷進行研究。

2.1 密封瓦座絕緣異常

在660MW 發電機結構中，密封瓦座主要使用端蓋、中間環完成結構固定，絕緣墊片位于中間環兩側，為保證勵端軸瓦絕緣效果，中間環與端蓋、密封瓦座間的螺栓均采用絕緣墊圈、絕緣套管進行處理，提升整體絕緣效果。從發電機勵端軸瓦結構角度進行分析，若絕緣墊圈、絕緣套管、絕緣墊片任何1 個部件出現絕緣異常情況，均有可能引發密封瓦座絕緣失效故障，而螺栓與絕緣墊圈、絕緣套管直接接觸，該結構承受較大壓應力，若在檢修期間多次拆卸安裝，則會在壓應力作用下，使絕緣墊圈、絕緣套管表面出現裂紋問題，當發動機通油后，表面裂紋將直接暴露在發電機油氣中，潤滑油中油氣、水分經揮發后，由表面裂紋進入絕緣墊圈、絕緣套管內部，且潤滑油內金屬雜質隨油氣、水分于裂紋內堆積，在金屬雜質堆積、油氣水分侵蝕下，導致墊圈、套管處絕緣效果降低，并在長期未處理下引發絕緣失效故障。

中間環與密封瓦座、端蓋間設有絕緣墊片，其絕緣性能受安裝清潔度、緊固力矩、處理工藝、墊片材質影響。若絕緣墊片安裝時清潔度不佳，混入沙粒塵土等，將導致絕緣失效問題；若絕緣墊片安裝時緊固力矩不均或過大，則會導致金屬雜質混入墊片結構中，繼而導致絕緣失效問題；若絕緣墊片工藝不佳，導致絕緣墊片表面絕緣漆刷涂不均，則會導致絕緣性能存在缺陷，在長期運行中出現絕緣失效故障；若墊片本身材質絕緣性能不足，同樣可埋下絕緣失效隱患。

在該660MW 發電機A、B 兩次大修期間，發現絕緣失效故障后對絕緣墊片、絕緣墊圈、絕緣套管進行全面檢查，并組織絕緣試驗，最終發現絕緣墊圈結構完好，但部分絕緣套管出現表面裂紋情況，且檢查時發現裂紋內已堆積金屬雜質及油污，此時對無裂紋絕緣墊圈及絕緣套管展開絕緣試驗，但試驗結果顯示，部分絕緣套管絕緣值為200MΩ，部分為顯示為無窮大，出現該差異的原因是絕緣套管經長期使用受到油氣、水分侵蝕，累積在絕緣套管內部，繼而出現絕緣性能下降的情況。除此之外，對絕緣墊片全面檢查，發現存在局部壓裂問題，裂紋中有油污堆積，且絕緣墊片表面絕緣漆厚度不均，運用搖表儀器對絕緣墊片進行測試，發現絕緣墊片絕緣值已低于1MΩ，絕緣性能遠低于標準值，出現該現象的原因在于絕緣漆厚度不均、安裝不當，導致絕緣墊片在發動機運行期間暴露于潤滑油環境中，繼而引發絕緣失效問題。對該660MW 發電機A、B 兩次大修檢查結果進行分析，最終判定密封瓦座絕緣失效故障主要為墊片安裝不當、套管裂紋、墊片處理工藝不佳。

2.2 軸承座絕緣異常

軸承座是軸瓦是連接端蓋的結構，且具有支撐性作用，為保證絕緣效果，該型號660MW 發動機軸承座為雙重絕緣結構，即軸承座兩側墊塊間設有2 塊絕緣板，該絕緣板由軸承座與螺栓（4 顆）進行固定，而絕緣墊片則位于軸承座與螺栓之間，以此在螺栓與軸承座結構間起到絕緣效果，此外為避免異物雜質進入螺栓孔，并逐漸滲透到絕緣墊片結構內，采用環氧樹脂塞將4 個螺栓孔封堵完畢，繼而起到提升絕緣性能效果的作用。從軸承座結構角度進行分析，絕緣套管、軸承座絕緣板、環氧樹脂塞部件若出現絕緣異常情況，則易出現軸承座絕緣失效故障。軸承座絕緣套管、絕緣板性能與密封瓦座結果類似，若絕緣套管、絕緣板結構出現表面裂縫，容易出現絕緣失效故障。為保證軸承座螺栓環氧樹脂塞效果，在設備檢修期間，通常不將其拆卸檢查，若環氧樹脂塞本身安裝效果不佳或加工尺寸不當，則會使潤滑油中的油氣水分進入絕緣部件提供縫隙通道，在日積月累中導致螺栓孔內堆積大量金屬雜質及油污，使軸承座與四顆固定螺栓間的絕緣效果降低，導致絕緣失效故障。

在該型號660MW 發動機設備B 大修中，發現軸承座存在絕緣異常故障后，對絕緣套管、軸承座絕緣板、環氧樹脂塞部件進行全面檢查，并組織絕緣測試，對軸承座絕緣套管、絕緣板檢查后發現，其表面雖無破損問題，但測試結果顯示，整體絕緣效果不佳，經分析后得出以下結論：軸承座絕緣板經多個換料周期連續使用而長期暴露在發電機油氣環境中，潤滑油內油氣水分逐漸滲透進絕緣板部件內部，使絕緣板絕緣性能下降，并導致絕緣失效故障。為探究絕緣失效故障產生原因，將環氧樹脂塞拆卸后發現軸承座背部螺栓孔內已堆積滿潤滑油，且潤滑油內摻有水分及金屬雜質，繼而導致環氧樹脂塞失去絕緣效果，出現絕緣失效故障問題[2]。為探究出現該現象的原因，測量環氧樹脂塞尺寸結構是否與螺栓孔形狀大小吻合，經測量后發現，環氧樹脂塞內外孔徑存在缺陷，導致螺栓孔與環氧樹脂塞間存在間隙，在發動機長期運行下，潤滑油水分與油氣進入軸承座螺栓孔內，繼而引發軸承座絕緣失效故障。總而言之，該660MW 發動機出現軸承座絕緣失效故障的原因主要在于絕緣板性能不佳，環氧樹脂塞尺寸不當，因此在后續故障處理工作中，應根據故障原因進行針對性處理。

2.3 通油后絕緣異常

發動機設備機組安裝完畢后須進行油沖洗，并組織發電機氣密性試驗，在此期間，設備檢修人員須注意觀察發電機密封邊界情況，檢查是否存在漏液情況。設備查漏時，可采用噴檢漏液查漏方法，將檢漏液噴至設備密封瓦座絕緣墊片處，以此觀察密封瓦座是否存在泄漏故障。在該660MW 發動機大修中，發現軸承絕緣部件通油后存在絕緣失效的可能，同時，經氣密試驗后，部分絕緣部件同樣存在絕緣失效隱患。根據發動機部件上述現象進行分析，發現故障原因主要為以下幾點：1）潤滑油水分超標或顆粒度過大，導致潤滑油大顆粒在發動機運行期間遺留在絕緣套管表面，或因水分超標而使水分進入絕緣套管結構內部，繼而使軸承在發動機通油后發生絕緣失效故障。2）檢修期間導致異物進入設備內部，因檢修清潔度不足導致金屬雜質等遺留在設備內，當發動機通油，機組運轉，使金屬雜質在機組動力作用下轉移到軸承座絕緣板夾層內，繼而引發絕緣失效故障。3）發電機查漏結束后須檢查密封瓦座絕緣情況，但在大修期間測量時，發現絕緣值為零，為探究絕緣失效故障是否由檢漏液引發，制造了尺寸規格相同的中間環與密封瓦座，采用模擬試驗的方式進行驗證，在本次模擬試驗中，將704 密封膠涂抹至TN9001 絕緣墊片表面，圍繞絕緣性能進行分析，最終發現該絕緣墊片在未完全緊固時絕緣性能最佳，未完全緊固時，絕緣效果為400MΩ，若進一步緊固力矩，使力矩達到346N·m 時，絕緣性能有所降低，為200MΩ，但仍符合發動機設備絕緣標準，但噴檢漏液后，發現絕緣墊片絕緣性能下降至0.1MΩ，接近于0，可判定為出現絕緣失效問題，對該現象進行全面檢查，最終發現所應用的檢漏液存在較強滲透性，存在大量水分，在噴檢期間導致水分進入絕緣墊片，繼而引發絕緣失效故障[3]。總而言之，發動機通油后產生絕緣失效故障的原因是檢修清潔度低、潤滑油品質差、檢漏液水分含量高。

3 該660MW 發動機勵端軸瓦絕緣失效故障處理措施

3.1 故障原因總結

對上述絕緣故障原因進行總結歸納，發現導致660MW發動機勵端軸瓦產生絕緣失效故障的原因可歸納為以下幾點：1）絕緣套管在使用期間出現表面裂紋，導致油氣、水分、金屬雜質等在裂紋內堆積；2）絕緣墊片處理不當，導致絕緣漆涂抹不均，此外安裝不當同樣可引發故障問題；3）軸承座背部螺栓孔環氧樹脂塞尺寸不當，導致螺栓孔與環氧樹脂塞間存在裂紋間隙；4）絕緣板因長期暴露在油氣環境下而絕緣性能不足，在水分、油氣長期作用下出現絕緣失效現象；5）潤滑油質量不足，導致水分及金屬雜質超標；6）發動機設備絕緣檢修清潔度不足，導致金屬雜質在檢修期間混入設備結構內部；7）在檢修期間采用檢漏液，在檢漏液作用下導致絕緣墊片絕緣效果喪失。若在日常檢修中發現發電機存在勵端軸瓦絕緣失效隱患，須將故障發電機型號編號、隱患現象、相關數據參數等詳細記錄，形成《660MW 發動機勵端軸瓦絕緣失效故障記錄單》，為絕緣失效故障處理提供依據，并借助記錄單的方式形成檔案，便于后續經驗總結。

3.2 故障處理措施

根據上述絕緣失效原因總結，絕緣失效故障專項處理小組制定了相應的應對措施。1）定期更換絕緣套管，在發動機日常檢修期間增加絕緣套管質量檢查步驟，及時發現絕緣套管裂紋問題，在引發絕緣失效前解決絕緣套管表面裂紋；2）涂抹絕緣墊片絕緣漆時，采用3 次噴漆方式，代替現有一次噴涂工藝，使絕緣漆均勻涂抹，此外，為避免絕緣墊片力矩過緊，以30%、60%、100%為擰緊力矩節點分3 次緊固；3）更換軸承座背部螺栓孔環氧樹脂塞，按螺栓孔尺寸形狀進行加工處理，且將環氧樹脂塞納入設備日常檢修作業中；4）檢修期間拆卸所得絕緣板應烘干處理，降低絕緣套管內油氣、水分含量，以此避免絕緣失效問題；5）通油前全面檢查潤滑油質量，潤滑油品質達8 級以上方可應用；6）加強對檢修過程的控制，增加異物檢查環節，若發現金屬雜質等異物進入設備結構內，須立即清理，通過提升檢修清潔度，避免絕緣失效故障；7）運用氦質譜查漏方式取代檢漏液查漏手段，避免檢漏液對絕緣性能導致影響，并提升了查漏精度[4]。處理絕緣失效故障問題時，須依據《660MW 發動機勵端軸瓦絕緣失效故障記錄單》確定可能存在的故障源，根據故障現象進行針對性探查，以此提高故障處理效率。完成故障處理后，補充《660MW 發動機勵端軸瓦絕緣失效故障記錄單》，將故障分析過程、故障處理方法、處理效果跟蹤等情況記錄在內，除此之外，開展技術培訓等活動時，可根據《660MW 發動機勵端軸瓦絕緣失效故障記錄單》內容組織案例分析活動，以此全面提升技術人員勵端軸瓦絕緣失效故障處理能力。

4 結語

綜上所述，在該QFSN-660-2-22B 型號660MW 發電機運行期間，出現了勵端軸瓦絕緣失效故障，為確保故障處理效果，須在明確發電機結構的基礎上進行故障分析，并采用故障記錄的方式收集故障數據，根據常見故障原因進行研究，最終總結出導致660MW 發電機勵端軸瓦絕緣失效的原因主要包括套管裂紋、墊片安裝不當、絕緣板性能不佳等，在處理時應以故障原因為依據，以此保證處理效果，完成本次660MW 發電機勵端軸瓦絕緣失效故障處理后，對該發電機進行后續跟蹤，發現其并未出現絕緣失效隱患現象，處理效果良好。