一起空冷汽轮发电机铁芯烧熔故障对

引言

定子铁芯是构成电机磁通回路和固定定子线圈的重要部件,一般由0.35mm或0.5mm厚的扇形硅钢片叠压而成。硅钢片冲压、钢片的绝缘、铁芯叠压方式及叠压质量等工艺对后期设备运行至关重要。铁芯叠片的漆膜质量、压装松动等问题,可发展为铁芯片间短路,进一步恶化,会导致铁芯局部温度过高,甚至造成线棒绝缘烧损及铁芯烧熔故障。一旦铁芯烧熔,定子绕组也随之短路,此等事故必须返厂,不但定子运输成本高且修理时间长,同时停机停电的损失很大,故发电机的寿命取决于定子铁芯的寿命。

对铁芯松动或局部短路,传统的检查方式需要检查定子膛内有无黄粉,测试铁芯紧力或进行铁损试验看有无过热点。除目测外,另两种方式需要耗费大量的人力、物力、财力,并且大容量发电机铁损试验还受试验变压器容量限制,现场实施困难较多。

本文通过实例提出了简单易行的汽轮发电机铁芯松动检测方法,以供同行交流。

1故障简介

山西某电厂安装两台山东济南发电设备厂制造的330Mw空冷汽轮发电机组,发电机型号为0Fa-330-2,额定功率330Mw,额定容量388.2MVA,额定电压22000V,额定电流10189A[2],生产日期2102年8月。故障机组为该厂#2发电机,出厂序号为3300007。

2018-08-10T23:18,#2机组定子接地保护动作跳机。当晚紧急断开发电机进出线及中性点,测试A、B相对地绝缘2GQ,C相绝缘0MQ,万用表测试该相对地电阻为80Q。结合保护动作跳机分析为定子绕组接地,机组转入抢修状态。

2解体检查情况

2.1抽转子后检查情况

为尽快查明故障部位,争取充足的修复时间,在此期间采取间断停运盘车,用内窥镜进行初步检查,发现励侧10点部位有铁芯烧伤痕迹(图1),确定抽转子进行检查。

8月15日发电机转子抽出,查励侧第48槽与第49槽间第7~8档铁芯(不含阶梯齿的5段)表面有熔化现象,且熔渣顺气流方向甩向汽侧,定转子其余部位未发现异常。

根据制造厂家图纸资料分析,第48、49槽上下层线圈为同相,综合定子膛内其他部位检查结果及铁芯烧熔现象,判断接地故障发生在第49槽。

2.2定子线圈烧损情况

清理铁芯表面、通风孔、燕尾槽等处熔渣后将槽楔退出,相邻的48楔下槽垫条有高温烧痕,两槽间的第7、8档铁芯通风段段间工字钢熔化,齿部已看不出段间的通风沟,通风段工字钢两侧铁芯片已熔为一体。

拆除两槽上下层线圈后,检查主绝缘已严重烧损,49槽上层线圈导线已裸露(图2)。

2.3铁芯烧损情况

两槽上下层线圈均取出后,检查槽底铁芯片间纹理清晰,正常。第4档铁芯下层线圈部位距槽底40mm有烧熔(图3),第5、6档铁芯上下层线棒中间部位有3mm宽度的中间烧痕,第7、8档铁芯熔化(图4)约190mm,占铁芯齿高的60%(铁芯齿高度为304mm)以上。铁芯烧损部位涉及第4~10共8档铁芯。

槽内线棒采用双燕尾槽固定,上层槽楔下为波纹板。发电机槽楔退出后,检查波纹板约80%失效。

3铁芯数据测量

与传统汽轮发电机采用穿芯螺杆压紧方式有所不同,该系列发电机铁芯采用机壳外压装方式叠片,通过其背部定位筋和端部压圈拉紧固定(图5),辄部定位筋与铁芯焊接。

铁芯长度6340mm,硅钢片型号50w290,厚度0.5mm。铁芯共11种冲片,61200片。铁芯冲片辄部为梯形,定子铁芯外形呈正多边形,外径对边长近3m,定子槽数共54槽。

因其独特的压紧结构,铁芯松动检测需使用紧力刀,其标准为辄部或齿部插入深度不大于10mm[4]。依图5所示,测量铁芯辄部、齿部长度数据。

图6为铁芯辄部及齿部轴向尺寸(不含两端5档阶梯齿)测量示意图,测量时用5m钢卷尺从铁芯中部向汽励两侧分别测试,数据如表1所示。

4原因分析及处理方案

4.1原因分析

外观检查,励端铁芯至中部通风段呈黄褐色(图1),为铁芯松动磨损的典型特征。铁芯长度测试数据(表1)中齿辄部超差严重的为故障部位槽所在区域,可以辅助验证该部位铁芯松动。初步分析为铁芯局部齿段或通风段工字钢松动后,在交变电磁力作用下,振动磨损至铁芯片漆膜脱落,出现铁芯齿部严重短路,产生涡流,最终演变为铁芯烧熔,定子线棒绝缘受损,导致接地、跳机。

4.2处理方案

定子铁芯辄部采用焊接结构,现场实施铁芯叠片拆卸及处理难度很大,后将定子整体更换投运。

5结语

"黄粉"是发电机铁芯松动的典型产物,机组检修期间可根据定子铁芯表面附着的黄色粉末进行初步判断,附加铁芯紧力测试验证。但紧力测试需要专用紧力刀对铁芯段逐段检测,轴径向复合通风方式的发电机,轴向分段多,测试工作量大,难以短时间完成。

采用铁损试验,磁密要达到1.4T,需要大容量变压器,甚至需接高厂变来完成,较为繁琐。采用ELCID试验法查找铁芯发热部位,一般用户又难以承受其高额的试验费用。

铁芯松动与铁芯长度变化量相关,测量铁芯轴向长度并进行数据分析的方法简便易行,通过长度数据变化量同样可以判断铁芯松动所在槽位置。

因汽轮发电机冷却方式不同,全轴向通风冷却的发电机,其铁芯不分段,测量较为方便:对气隙取气氢内冷发电机,受风区隔板影响,钢卷尺无法测量,可采用激光测距仪、红外测距仪等测量。此项工作需要在机组安装或检修期间按图纸对槽号进行编号,留存测试数据台账,并在下一个检修周期对该部位尺寸进行复核,结合铁芯附着物综合判断铁芯有无松动。

铁芯松动发生在局部槽、齿段的概率较整体松动大。内压装铁芯仅能测到定子齿部长度,对长度数据超出平均值较多的还需要检测穿芯螺杆的紧力:对外压装铁芯除定子齿部轴向长度逐槽测试比对外,还可与辄部长度比较,超出平均值范围的,同样应引起重视。