发电机定子线圈端部绝缘支架损坏的原因分析与修复方案

李大厚 云 华

（1.江门市电力工程输变电有限公司，广东 江门 529000； 2.南海发电一厂有限公司，广东 佛山 528200）

南海发电一厂#2 发电机系北京重型机械厂生产的QFSN-200-2 型产品，投产日期为1997年11月。发电机定子线圈采用三相双层半组式线圈，其端部分为22.5°篮式渐开线型，上下层平行，端部采用压板加绑扎固定结构，压板螺栓采用内外舌止动垫圈将螺栓和螺母同时锁定。

2005年7月，进行#2 发电机组的大修时，发现励侧#18 线圈处的压板槽口部螺栓已经松动，用手即可拨动。取下该处螺母进一步检查发现该线圈处的绝缘支架已经被松动的螺栓磨损，磨损处周围的颜色局部由环氧酚醛玻璃布板的黄色变为灰白色，存在过热炭化的现象。#18 线圈上层引线R处由于被螺栓磨损，单边绝缘厚度已经由 6mm 降至约1mm。#18 线圈为B 相绕组。而相邻的#19 线圈为C相绕组。若不及时处理，在运行时随时可能出现相间短路甚至烧毁发电机的重大事故发生。

1 原因分析

在发现#2 发电机励侧#18 线圈处支架和压板螺栓的缺陷后，按照南方电网颁布的预防性试验规程，对发电机进行了发电机端部固有振动频率以及模态分析的试验，重点是发电机的励侧。试验数据如表1所示。

励侧鼻端 励侧槽口 汽侧鼻端 汽侧槽口 频率/Hz 振形 频率/Hz 振形 频率/Hz 振形 频率/Hz 振形 77.5 混合 79 摆动 146.0 椭圆 145.0 近似椭圆 98.5 混合 115.5 近似椭圆 116.0 椭圆 134.5 近似椭圆 135.0 近似椭圆

试验是在发电机未通内冷水的情况下做的，从试验结果可以看出励侧鼻端存在116.0Hz 的椭圆振形,槽口部存在115.5Hz 的近似椭圆振形。若在通水的情况下做此项试验，频率还会降至115.5Hz 以下，说明发电机励侧端部固有振动频率接近共振频率。

#2 发电机在1999年1月进行首次大修时，发现汽侧端部压板螺栓有一个螺母松动脱落的情况，当时怀疑是厂家未上紧螺母造成。2001年6月#2 发电机进行了第二次大修时，专门对发电机汽侧、励侧的端部压板螺栓进行了检查，发现有半数以上的压板螺栓存在不同程度的松动，部分螺母可以旋紧1～2 圈，当时所做的发电机端部固有振动频率及模态分析的试验表明汽侧、励侧均不存在94～115Hz的椭圆振形的模态。本次大修，对发电机其他部位的压板螺栓进行了检查，并未见到螺母松动的情况出现。

根据历次大修的情况分析，造成#18 线圈处压板螺栓松动、绝缘支架磨损的原因可能有以下几个方面：

1）设计上的原因。由于设计上的原因，绝缘支架支撑面不足够，压板的接触面小，造成受力不均匀，运行时产生较强的振动。

2）工艺上的原因。由于发电机端部绝缘支架和压板等部件的安装是手工环节较多的位置，在安装时如注入的树脂等填充物不饱满、适形势不均匀、螺栓安装的紧力不均匀，都可能引起端部的固有振动频率偏离设计值，接近共振频率。

3）运行方式上的原因。在发电机运行时，由于系统扰动，如电网事故、负荷波动、突然甩负荷等情况下，发电机端部都会受到较强的机械力冲击，会造成发电机结构强度的薄弱点的变形及结构损伤。由于#2 发电机属于调峰机组，负荷变化大，起停频繁，这是可能的原因之一。

4）检修上的原因。在每次大修时，都会对发电机汽侧和励侧两端的支架、压板等进行检查，重新紧固端部的压板螺栓，可能因此产生端部固有振动频率的改变。

2 处理措施及修后试验

2.1 处理措施

首先上拆除已经磨损需要更换的绝缘支架。由于绝缘支架放置在定子线圈引出线与汇水环之间（支架为环氧酚醛玻璃布板厚约80mm，重15kg）,无法完整取下，只能将支架破坏后取出。生产现场无绝缘支架的备品备件，与北京重型电机厂取得联系后，厂家派人携带支架前来指导支架的修复工作。

厂家制定的修复方案是切割阻挡支架安装的一段汇水环，待支架装复后，再重新焊接回切割掉的这段汇水环。此修复方案在生产现场实施不太符合现场实际情况，在切割和焊接时可能会导致杂质进入汇水环，这是不允许的，并且工期较长，可能影响机组大修的结束工期。

在查阅厂家的图纸及有关资料后，根据现场的实际情况，重新制定了修复方案。具体的做法是：将定子线圈引出线R处用绝缘清洗剂清洗干净，在绝缘磨损处用11 层粉云母带刷树脂补上，保证其绝缘强度达到或超过原有水平。

由于绝缘支架无法完整的放置在引出线和汇水环之间，需要将绝缘支架与汇水环接触的部位切去一部分，以便支架的放入。然后根据支架与汇水环之间的间隙大小，用树脂板做一个适形块，刷上树脂胶轻轻敲入间隙内，再穿入螺杆，安装压板，用树脂胶尽量塞满缝隙，最后紧固螺母。绝缘支架安装结束后，待树脂胶干透，表面喷漆。

2.2 修后试验及分析

1）作电位外移试验，槽口处电压为0 ，手包绝缘处电压为200V，符合规程要求。

2）作发电机端部固有振动频率及模态分析的试验，试验数据如表2所示。

表2 修后电机端部固有振动频率及模态分析试验的测试结果

从试验数据上来看，发电机励侧端部已经不存在94～115Hz 椭圆振形，但还有比较危险的数值，如118.0Hz 的近似椭圆振形、117.8Hz 的近似椭圆振形。在机组运行时加强监视。

3 结论

对#2 发电机励侧绝缘支架的修复工作，没有对发电机端部结构作大的改动的情况下，完成了线圈引出线绝缘的修复和绝缘支架的更换，机组运行数月后，利用小修的机会对励侧端部进行了检查，未发现任何异常，证明处理措施是可行的。

发电机端部固有振动频率测试及模态分析试验作为一项较为成熟的试验手段已经在电力系统广泛应用，用来检测和评价大型汽轮以发电机定子线圈端部结构是否可靠。在南方电网已经将此试验方法编入南方电网编制的电力设备预防性试验规程。

引起发电机端部固有振动频率接近共振频率的原因有很多，需要作好同型发电机和历次大小修试验数据的收集工作以及发电机运行状况变化的资料收集，从中寻找规律性的东西，并以此来指导机组的检修和运行。