引言

張家口熱電廠1號發(fā)電機為哈爾濱電機廠生產的0FsN-300-2型汽輪發(fā)電機,額定電壓20kV,額定電流10190A,額定功率300MW,額定轉速3000r/min,頻率50Hz,冷卻方式為水-氫-氫,F級絕緣,生產日期為2008年12月,于2009年12月投產。定子鐵芯由高導磁、低比損耗的無取向冷扎硅鋼板沖制的扇形片疊壓而成,每張沖片的兩面均涂絕緣漆處理過。鐵芯通過18根定位筋固定在機座上,兩端通過無磁性壓指及壓圈緊固成整體,以確保壓緊鐵芯。鐵芯沿軸向分成64段,每段鐵芯間形成約8mm的徑向通風溝。定子端部邊段鐵芯長約40mm,且在齒部呈階梯型,以增加漏磁阻,避免軸向磁通在齒端過于集中。同時在兩端壓圈外側用特制的銅屏蔽板覆蓋,以減小端部鐵芯的損耗和發(fā)熱量,滿足發(fā)電機進相運行要求。

1故障排查

2017年12月27日,1號發(fā)電機運行中發(fā)變組保護A柜(南瑞繼保RCs-985A）、B柜(國電南自DGT-801B）定子接地保護同時動作跳閘,廠用電源切換至啟備變,1號機組解列停機。從動作數(shù)據看,相電壓UA=37.87V,明顯低于正常值57.74V,同時保護A、B屏發(fā)電機中性點電壓UN=36.15V均大于定子接地靈敏段定值25V,因此初步判斷故障相為A相。

(1）立即組織對發(fā)電機機端PT進行直阻、絕緣、空載電流、交流耐壓試驗檢查,未發(fā)現(xiàn)異常。

(2）拆開發(fā)電機出口及中性點軟連接,使用5000V兆歐表對發(fā)電機封閉母線、主變低壓側、高廠變高壓側、勵磁變一次回路加壓進行絕緣試驗,絕緣電阻為5000MΩ,排除發(fā)電機外部故障。

(3）使用發(fā)電機水內冷專用兆歐表對發(fā)電機定子繞組加壓2500V進行絕緣試驗,未發(fā)現(xiàn)異常。

(4）使用直流高壓發(fā)生器(型號ZKZN-60kV/200mA）對發(fā)電機定子繞組進行直流耐壓及泄漏電流試驗,如表1所示,B、C相合格,A相升壓至13.5kV時放電,判斷為發(fā)電機A相故障。

(5）發(fā)電機退氫并拆除汽側、勵側上端蓋及內端蓋后,對發(fā)電機A相進行直流電壓沖擊試驗,發(fā)電機汽側接近12點鐘方向有放電現(xiàn)象,如圖1所示,判斷此處為故障點。

2檢查結果

(1）發(fā)電機抽轉子解體后檢查發(fā)現(xiàn),汽側12點鐘方向定子#34和#35槽的汽端邊段鐵芯存在松動和斷齒現(xiàn)象,#34、#35槽鐵芯未退槽楔前如圖2所示。

表1發(fā)電機定子繞組直流耐壓及泄漏電流試驗

圖1試驗中發(fā)電機汽側12點鐘方向故障點放電

圖2#34、#35槽鐵芯未退槽楔前

(2）發(fā)電機汽側另有#22、#47、#49、#53槽4處汽端邊段鐵芯有過熱、松動現(xiàn)象,如圖3所示。

(3）發(fā)電機勵側11點鐘方向發(fā)現(xiàn)一條引線壓板夾件螺栓松動,如圖4所示。

(4）拆除故障#35槽上層線棒后檢查發(fā)現(xiàn),#35槽上層線棒與汽側#35槽邊段鐵芯接觸面處絕緣磨損,導致線棒擊穿接地,如圖5所示。

3原因分析

汽輪發(fā)電機定子線圈接地主要原因是由于定子邊端鐵芯疊片松動所致。發(fā)電機運行中定子鐵芯承受溫度變化的熱應力、電磁轉矩和雙倍頻率的橢圓震動。在端部鐵芯齒上,由于漏磁的軸向拉力,引起軸向震動。

鐵芯震動還會損壞疊片絕緣:鐵芯局部過熱會使疊片絕緣過早老化:由于其他零件進入氣隙,磨壞鐵芯內圓,均會引起疊片的片間短路。片間絕緣損壞后,致使端部鐵芯的渦流損耗進一步增加,使齒部溫升更高,當達到一定程度時,鐵芯片間絕緣將全部損壞,最后造成片間燒熔短路,甚至燒壞相鄰線棒的絕緣。

有的鐵芯在運行一段時間后,鐵芯齒部松動,甚至端部鐵芯的齒部折斷。鐵芯震動和齒部折斷,碎片在交變電磁力和通風作用下,可能會飛起打壞絕緣或被夾在鐵芯齒部與線棒之間上下震動,將定子線棒鋸出一道窄槽,最終將線圈絕緣磨損而接地。

一般說來,鐵芯損壞和發(fā)電機設計,特別是與鐵芯制造有關。

4現(xiàn)場處理措施

針對上訴分析,采取以下一些現(xiàn)場處理措施:

（1）更換磨損的#35槽上層線棒。

（2）對#35槽邊段鐵芯斷齒的處理:拆除相鄰#34槽上層線棒,經絕緣檢測、預防性耐壓試驗、水管保壓試驗合格:對斷齒處進行打磨、電腐蝕,將沖片翻開插云母片,做一個絕緣"假齒"鑲嵌在斷齒部位,利用槽楔將其固定,以防脫落。

（3）對#22、#47、#49、#53槽等汽端邊段鐵芯松動處進行電腐蝕、插云母片處理。邊端鐵芯鐵損試驗合格后涂黏結漆。

（4）使用鐵芯拉伸專用工具對發(fā)電機汽、勵兩端鐵芯定位筋螺母,按照規(guī)范進行拉伸處理,液壓拉伸工具壓力為80MPa。

對鐵芯處理結果,用鐵損試驗進行驗證?，F(xiàn)場鐵損試驗使用6kV電源,設計值為磁通密度1.4T,齒最大溫升不應超過25℃,齒間最大溫差不超過15℃,使用紅外熱成像儀實時觀測鐵芯溫升,以保證過熱點不遺漏,有效防止鐵芯過熱事故的發(fā)生。其中,#35槽邊段鐵芯處理后,經50min鐵損試驗,測量最高溫度為34.3℃,溫升11.3℃,處理合格。在鐵損試驗過程中發(fā)現(xiàn),#7、#11、#14、#18、#22、#25、#27、#29、#30、#31、#33、#35、#47、#49、#50、#53共16處鐵芯超溫,經對上述位置鐵芯進行插云母片處理后,鐵損試驗檢測無過熱現(xiàn)象,然后在鐵芯表面噴漆,以便在下次檢修時檢查鐵芯是否發(fā)生接觸腐蝕現(xiàn)象。發(fā)電機穿轉子前最后一次鐵損試驗時間50min,計算鐵芯單位重量鐵損1.29W/kg,小于哈爾濱電機廠提供的參考值2.39W/kg,測試數(shù)據合格。

#35槽邊段鐵芯處理前后對比如圖6所示。

圖6#35槽邊段鐵芯處理前后對比

5結論

（1）對300MW發(fā)電機進行鐵損試驗,磁通密度1.4T,時間45min?，F(xiàn)場試驗時,勵磁線圈端電壓為6210v,測量線圈端電壓591v,勵磁線圈電流248.2A,經計算試驗磁通密度實際值為1.244T,這種情況下,增加試驗時間同樣可以滿足要求。

(2）為保障鐵損試驗的磁通密度,本次試驗采用6kv廠用電電源,勵磁線圈兩端分別接至6kv試驗電源開關的A、C兩相上,這種接線試驗必然在合閘瞬間產生較大的勵磁涌流和負序電流,其中勵磁涌流可能會達到勵磁線圈工作電流的10倍,所以要合理整定6kv試驗電源開關的速斷及過流保護定值,同時要核算是否對6kv廠用電進線電源產生影響并合理修訂相應保護值。

(3）故障處理的每一步結果必須嚴格按照電業(yè)規(guī)程相關規(guī)定進行試驗驗證合格,不得漏項、甩項。

(4）注意觀察運行中溫度變化的影響,采取應對措施。發(fā)電機晝夜負荷不均勻,有功負荷、無功負荷變化較大,會導致鐵芯溫度變化,從而使硅鋼片間夾緊力產生松緊變化,長期反復會使定子鐵芯周期性熱脹冷縮,容易引起鐵芯齒部松動,在電磁力作用下產生震動和噪聲。

(5）發(fā)電機在夜間或節(jié)假日經常進相運行,定子端部邊段鐵芯軸向漏磁通增大,引起邊段鐵芯溫度升高,在電磁力作用下易引起疊片震動,可能導致齒部邊緣硅鋼片存在折斷隱患,運行人員要有效控制發(fā)電機,盡量減少進相運行。