汽轮发电机常见故障分析

徐兴昌

摘 要：当前我国正处于大型发电机组发展时期，600MW发电机组将逐渐取代300MW发电机组成为电网中主力机组。随着汽轮发电机设计技术、制造工艺的不断完善和提高，运行监测和检修方式的不断增强，许多设计、制造中的薄弱环节逐步被解决，检修工作也将从传统的检修方式转变为预防性检修。汽轮发电机组运行安全性、经济性、可靠性也将越来越高。

关键词：汽轮发电机 常见故障 预防措施

中图分类号：TK26 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（a）-0035-01

1 定子绕组漏水

国产和进口大型汽轮发电机大多都采用水氢氢的冷却方式，分别用软化水和高纯度氢气作为介质对定子绕组、定子铁芯、转子绕组进行冷却。对于水内冷发电机，漏水故障及其引发的电气事故在发电机故障中占有相当大的比例，据广东电网的统计：定子和转子漏水故障占发电机总故障的 26.4%，无论定子绕组或转子绕组一旦发生漏水故障，轻者威胁机组的安全运行，重者引发电气短路事故烧毁发电机，造成严重的后果。定子绕组漏水大概分为三种常见情况：（1）空心导线并头封焊处漏水；（2）空心导线断裂漏水；（3）绝缘引水管漏水。大多是因为设计、工艺及材质等问题。如果渗漏部位是细微裂纹或孔洞，则压力较高的氢气就会渗入水中，并可在定子内冷水箱顶部发现氢气。但如果渗漏部位是较大裂纹或孔洞时，水的渗出与氢气的渗入并存，极易造成定子接地事故。为了避免定子绕组漏水故障，有的电机厂采用冷热水交替实验法等技术手段，确保密封质量和绝缘质量。但是笔者在实践发现中仍存在一些不易控制的因素，具体表现在以下几方面，对应防范措施和建议也同步列出。

（1）材质不合格，空心导线有裂纹，绝缘引水管有裂纹和砂眼等，加强检查，空心导线涡流探伤。

（2）材质性能差，绝缘引水管改为德国西门子技术国产化的外层不锈钢丝编织，内层四氟塑料的绝缘水管。

（3）定子绕组端部固定不牢固，且固有频率接近 100Hz 是造成端部线圈和引线振动大，引起空心铜线疲劳断裂漏水的重要原因，应改善端部和引线的固定结构及工艺，减小振幅。

（4）定子绝缘引水管布置及固定不合理，容易引起引水管磨损漏水，应改进布置，避免交叉，加强固定，避免磨损。

（5）制造质量，尤其是接头焊接工艺质量差是接头漏水的重要原因，应该加强质量管理，改进工艺措施，确保接头焊接质量。

加强运行中的监测如内冷水箱中含氢量的检查、漏水保护装置的维护检查，在停机时分相直流泄漏及局部直流泄漏试验均能早期发现漏水故障，从而避免事故的发生。

2 定子绕组水路堵塞

定子绕组水路堵塞在水内冷机组上时有发生，严重的造成线棒绝缘损坏导致接地短路事故。所以《二十五项反措》规定层间元件温差或出口水温差达8℃时报警，及时查明原因，此时可降低负荷。层间元件温差达14℃或出口水温差达12℃，或任一槽內层间元件温度超过90℃或出口水温度超过85℃时，在确认测温元件无误后，应立即停机处理。发电机定子绕组水路堵塞原因主要有三类：（1）异物堵塞：橡皮垫、铜垫圈、砂粒等异物；（2）氧化铜积垢：冷却水质不合格引起积垢；（3）汽堵：局部流量小，产生局部高温使冷却水汽化引起汽堵。杜绝定子绕组水路堵塞的根本措施是严格控制发电机装配及检修工艺和相应的检查制度。在机组运行或检修时可以采取以下措施来预防和避免定子绕组水路堵塞情况发生：（1）水內冷系统中，管道、阀门的橡胶密封圈应全部更换为聚四氟乙烯垫圈。（2）加装定子內冷水反冲洗系统，定期对定子线棒进行反冲洗。反冲洗系统的所有钢丝滤网应更换为激光打孔的不锈钢新型滤网，防止滤网破碎进入线圈。（3）投运前和大修后，对水內冷定子线棒、转子线圈分路做流量试验（超声波流量测试）。（4）扩大发电机两侧汇水管排污口，并安装不锈钢法兰，以便清除母管中的杂物。（5）严格控制水质，其电导率应达到标准要求或制造厂的规定。（6）严格保持发电机转子进水支座石棉盘根冷却水压低于转子內冷水进水压力，以防石棉材料破损物进入转子分水盒內。

3 漏氢

由于氢气良好的导热性，在大型机组中广泛被采用为冷却介质，常见的水氢氢冷却方式中，氢气介质冷却了定子和转子两个系统部位。而且随着容量的增大，氢压逐步增高。由于氢气的物理特性，其渗透性和扩散能力很强，因此高氢压的发电机中，如果密封不严，极易发生氢气泄漏。漏氢会导致发电机机内氢压不能保持额定值，将影响发电机的出力；消耗过多的氢气增加制氢站的负荷；发电机周围的漏氢与空气混合后，若氢气浓度为4%～75%时遇电火花或高温，可能着火甚至引起爆炸。常见的漏氢部位主要发生在：发电机端罩和机座结合面；端盖与端罩及上下半端盖结合面；端盖与密封瓦座结合面；定子引出线套管；氢气冷却器上下法兰与机壳结合面等。漏氢形成的原因主要体现在：密封面或密封加装工艺不良；焊缝的焊接质量不良，存在气隙；转子滑环导电螺钉或转子轴中心孔端面堵板不严；氢气系统管路及附件渗漏；氢气漏入定子绕组内冷水系统；密封瓦内部漏氢等方面。

4 滑环及碳刷过热

由于发电机的碳刷运行与维护是传统技术，多年来工艺和技术水平无实质性突破。各方对发电机励磁系统关注不够，投入有限，进而导致连续发生了多起大型发电机组，因碳刷或转子滑环故障引发的停机事故，给企业造成很大的经济损失。引起滑环及碳刷过热的主要原因是：碳刷与滑环接触不良，接触电阻过大；滑环的氧化膜薄厚不均匀，引起碳刷电流分布不平衡；滑直径大，摩擦损耗大；滑环材质差、硬度低且不均匀；通风不合理，冷却效果差，滑环温度高；碳刷上弹簧压力不均匀或大小不适宜；碳刷在刷握里太松而发生跳动，或太紧了碳刷在刷握里卡住了等等。

5 轴电压

汽轮发电机运行中发生轴电压及大轴磁化是常见故障，该类故障的发生给设备造成损坏，有时为了消除缺陷迫使机组长期停运。（1）轴电压产生的原因有：由于蒸汽与汽轮机叶片摩擦产生静电荷引起轴电压；（2）由于发电机磁路不对称（如定子迭片接缝，转子偏心等），以及转子引线电流不对称产生的轴向磁通引起轴电压；（3）静止可控硅励磁系统在转子绕组中产生的脉冲分量（如300Hz分量），由于转子绕组对大轴、大轴经油膜对地存在分布电容，形成轴电压；（4）由于转子绕组匝间短路，两点接地故障以及定子绕组內部短路产生的轴向漏磁通引起轴电压。轴电压的危害：轴承油膜被轴电压击穿后形成轴电流，当电流密度超过20A/mm2时，将引起轴颈表面和轴瓦的电烧伤以致损坏；使转子轴、轴承座、风扇环座以及汽轮机部件磁化，进而增大单极电势，严重影响机组的正常运行和压差阀控制及汽机串轴保护的正常投入，并对机组维修工作带来困难，必须进行退磁处理。

参考文献

[1] 李安贵.模糊数学及其应用[M].北京：冶金工业出版社，2005.

[2] 郗常骥.汽轮发电机故障实例与分析[M].北京：中国电力出版社，2002.

[3] 李伟清.汽轮发电机故障检查分析及预防[M].北京：中国电力出版社，2002.

[4] 李德基.发电机发热分析计算及其应用[M].成都：四川大学出版社，1994.

[5] 施维新.汽轮发电机组振动及事故[M].北京：中国电力出版社，1991.