双水内冷发电机定子绝缘水管漏水分析与措施

李思国

(山西兴能发电有限公司，山西 古交 030206)

山西兴能发电有限责任公司一期工程2×300 MW机组中的发电机由上海电机厂生产，型号为QFSN2－300－2S，是山西电力史上300 MW及以上机组首家采用双水内冷冷却方式技术的发电企业。双水内冷发电机定子绝缘引水管作为发电机定子的重要部件，其严密性及完好性是保证发电机长期正常运行的关键，一旦出现定子绝缘引水管漏水，轻则停机停炉，重则损坏主机、烧毁定子绕组或铁芯、烧坏转子绕组或大轴，给该公司带来不可估量的经济损失。下面笔者根据该公司2005年投产以来发生的案例进行分析与探讨。

1 发电机定子绝缘引水管的空间分布及结构

1.1 114根绝缘引水管的空间分布

该公司300 MW双水内冷发电机定子槽数为54槽，线圈节距为1～23，每槽分上下两层线棒，除相线圈组(单一磁极下每极每相槽数的线圈连接在一起为相线圈组)的边端线棒为单独的水路外，其他槽内的上下层线棒之间没有直接电的联系，而水路通过水电连接盒从槽内上下层线棒的两路汇集到绝缘引水管一路上来，因此，在发电机的汽端与励端两侧的绝缘引水管布置不一样，汽端为与槽数一致的54根绝缘引水管沿圆周方向均匀分布，与同样沿汇水管圆周方向均匀分布的54个出水接头对应连接，而励端则有60根引水管，其中，两极三相6个相线圈组引线的12根都分布在励端的下半侧，与励端汇水管对应的进水接头相连，其余48根与汽端一样沿圆周方向均匀分布，与同样沿汇水管圆周方向均匀分布的进水接头对应连接。由于60根水管中有12根引线绝缘水管的布置不完全对称，导致励端绝缘引水管有交叉现象。

1.2 绝缘引水管的结构形式

双水内冷发电机定子绝缘引水管通常采用的是聚四氟乙烯管，它是用聚四氟乙烯树脂(PTEF)，通过机械式柱塞挤出成型工艺制成的高质量的管子，在发电机中起电绝缘和水流通的作用。根据水路设计的结构特点，进水压力一般在0.2～0.3 MPa或稍高，根据发电机端部不同部位采用特殊加工工艺，使钢管和塑料管紧密结合，制成不同长度的专用管子，能承爱正压1.6 MPa以上，可在－60℃ ～+260℃内正常使用，具有可靠优良的耐水压、耐电压、耐腐蚀、耐温和耐老化性能。钢管和塑料管紧密结合示意图见图1，图2。

图1 聚四氟乙烯管端头结构示意图

图2 聚四氟乙烯管端头剖面图

2 因引水管漏水发生的发电机损坏事故

2.1 一号发电机因引水管漏水突然停机事故

2005年10月8日上午10:20左右，一号发电机停机消缺完毕，在发电机刚刚启动并网后大约0.5 h，突然发生发电机纵联差动保护动作，发变组出口断路器跳闸，导致发电机停机。电气检修人员在12.6 m平台发现发电机励端的全部视窗玻璃(有机玻璃)及防爆膜严重损坏、爆裂，透过视窗玻璃看到励端绝缘引水管大面积断裂、烧黑。在6.3 m处发现引线室的门已被震开，并被抛离门框3～4 m处，发电机引线室引线与母线间的软连接、支撑瓷瓶以及封闭母线已严重烧损。这次事故造成的直接经济损失30多万元，间接经济损失达上百万元。故障引起的部分损坏图片见图3～图6。

2.2 二号发电机引水管漏水报警被迫停车事故

图3 引出线绝缘引水管故障情况一图

图4 引出线绝缘引水管故障情况二图

图5 引出线与封母软连接故障情况图

图6 封母软连接故障情况图

2010年11月23日19:50左右，该公司二号发电机在线装置高阻检漏仪发出报警信号，工作人员通过发电机特有的视窗玻璃观察与判断，发现发电机励端时钟5点位置总汇水管与发电机绝缘引水管连接处，有明显的漏水现象，大概30～40滴/min，导致高阻检漏仪发出报警。根据其漏量及下部为发电机引出线可能会发生发电机出口短路故障，申请及时停机处理，停机后通过二号发电机励端引线侧的人孔门，查看漏水的具体部位，判定出其发生的精确位置是励端1C1引出线绝缘引水管与汇水管的接头部位(见图7)，箭头所指为剥掉绝缘材料的漏水具体部位。

图7 1C1引出线绝缘引水管漏水情况图

3 针对以上两次事故进行原因分析及处理

3.1 一号发电机停机原因分析及处理措施

一号发电机前后端盖拆卸后经过全面的检查，发现励端有23根绝缘引水管有不同程度的损伤，特别是临近1A2引出线的引水管、软连接以及封闭母线损坏最严重，并且与1A2定子引出线连接的引水管断开烧损。引起一号机突然停机事故是由于发电机励端下侧1A2定子引出线绝缘引水管引线侧聚四氟乙烯管与不锈钢套筒突然断开而漏水，使得定子水缓慢渗流到发电机引出线下侧与封闭母线的部位，造成引出线与封母连接部位发生A、B相相间短路接地故障。由于是高电压、大电流，短路引起的电弧、电动力及冲击波造成大面积绝缘引水管烧损、变色，励端视窗玻璃、防爆膜爆裂，以及引线室的门被抛出4～5 m。

分析绝缘引水管突然脱开的原因，主要是没有严格控制引水管质量，使得引水管的接头部位聚四氟乙烯管与不锈钢套筒的连接没达到过盈配合，加上在运行中水管在水流的冲击或复杂的电磁力或空气等气体冷却介质流动作用下，也会使得聚四氟乙烯管与不锈钢套筒连接紧密程度受到影响，从而导致引水管突然断开。

针对以上情况，该公司在检修过程中，更换了全部受损的引水管，更换中，首先选用质量好的绝缘引水管，特别是要控制选材及工艺。因为质量较差的聚四氟乙烯水管本身具有裂纹、砂眼或气泡。制造绝缘引水管时，要严格控制端头的制作工艺，做好产品出厂试验，控制好出厂验证。其次严格控制安装质量工艺。工作人员要严格掌握拧紧端头螺帽的力度，装密封垫时要控制紫铜垫圈的质量，安装前要讲究工艺，特别是要将紫铜垫圈进行退火处理。处理的办法是:用氧气乙炔把将紫铜垫圈加热到发红状态，放到有酒精与水的混合液体中退火(一般酒精与冷水的比例为1∶1或1∶2之间)，让垫圈软化，增加垫圈的光洁度(见图8～图10)，再将垫圈保持止口先放置孔内，旋进螺母并拧紧扳手(见图10)。最后，控制发电机定子水系统水压，要严格按照试验标准规定进行水压试验，合格后再进行绝缘材料的处理包扎。

图8 紫铜垫圈退火前

图9 紫铜垫圈退火后

图10 紫铜垫圈放置图

3.2 二号发电机停机原因分析及处理措施

在二号发电机停机后的检查处理中，对漏水的具体部位励端1C1引出线绝缘引水管与汇水管的接头部位进行了检查，未发现聚四氟乙烯管或紫铜螺母有砂眼或褶皱变形、破裂等现象，推断漏水的主要原因是由紫铜垫圈松动引起，主要是在制造出厂时，对于该部位的紧力、力矩不够，或在运行中由于水流的冲击或发电机运行中线圈铁芯产生热量及复杂的电磁场作用，使线圈及绝缘水管受到热应力和动应力作用或空气等气体冷却介质流动的作用，使得端部绝缘引水管长期处于振动中，导致引水管与汇水管或与发电机线圈端接头(水电盒)的连接随着振动和机械疲劳的积累而变松，从而使紫铜垫圈失去密封效果。

分析二号发电机漏水原因后，在现场处理时，更换了新的紫铜垫圈，通过重新紧固螺帽达到一定的紧力后，进行了定子水的压力试验。启动定子水泵，将定子水的压力调整到0.4 MPa持续2 h，原来的漏水部位未见异常，发电机其他部位也未见异常，发电机启动运行正常，在此后的使用中再未出现定子水的漏水事故。

4 防止引水管漏水导致发电机停机的措施

1)处理漏水问题时，要严格控制产品质量，如一号机的处理过程中，特别要注意控制材料及工艺质量。300 MW双水内冷发电机长期的运行经验表明，定子绝缘引水管漏水大都由设计方案、材质结构、制造工艺等方面存在某些缺陷和不完善引起。

2)加强对发电机漏水在线报警仪的管理，保证双水内冷发电机的漏水在线仪要始终处于良好状态。

3)做好发电机大修时漏水的预防性试验工作。坚持大修中定子线圈水压试验及定子端部手包绝缘表面电位测试。

4)做好日常的检查与维护，加强发电机下列细节部位的巡视检查工作:a)保证定子冷却水进水压力稳定、水质合格，压力严格控制在0.2～0.3 MPa运行。b)注意透过定子两端视察窗，观察端部绝缘水管的运行情况，特别是高阻检漏仪的梳状电极有无水渍等信息。c)经常观察冷风室地面是否积水，冷却器是否结露等情况，进而为发电机水系统的运行提供间接信息，做出相应的判断。

5)在设备修修中，对检修计划进行统筹安排，充分利用检修设备的有利时机，对重要部件、重点部位进行详细全面的检查、检修、试验。同时，重视对小的常规性项目的检查、维修，确保检修计划完整、全面，设备应维修的部位能够全部涵盖。

6)加大技术培训力度，提高检修人员的检修水平以及分析和判断各种异常现象、隐蔽缺陷隐患的能力，才能有效地降低和减少设备频发的故障。

5 结语

通过对以上设备事故的分析，得出必须加强设备监造，加强新建机组基建期的工程质量管理，全方位全过程抓住优化设计、优质安装、优化运行三个环节，提高工程建设质量、设备质量和生产准备质量，防止机组投运后非计划停运的发生。在负荷高峰期，尤其要加强机组的运行维护，及时弥补设备缺陷，并利用机组的集中检修机会，搞好设备治理工作，保证设备的正常运行，为机组的大负荷运行奠定良好的基础，从而有效控制机组非计划停运，减少给公司造成不必要的经济损失。

［1］广东省电力试验研究所.DL/T607－1996汽轮发电机漏水、漏氢的检验［S］.北京:中国电力出版社，1997:2，4.