390 MW发电机转子故障分析与处理

孙国彬，宋继平

(大唐淮北发电厂，安徽淮北 235000)

390 MW发电机转子故障分析与处理

孙国彬，宋继平

(大唐淮北发电厂，安徽淮北 235000)

介绍了由美国GE公司授权制造的390 MW燃气轮机发电机组,在运行2年及开停300多次后,再次启动发生7X(7号轴瓦水平轴振)过临界时振动值达到190 μm,严重超出规定允许值。继续检查、测量、分析判断引进技术生产的发电机转子线圈绝缘发生事故。对检查、测量和分析处理的过程作了简要介绍。

发电机；转子；匝间绝缘；线圈位移；振动分析；动平衡

0 引言

热电联产是国内、外公认的有效节能措施，具有节约能源、改善环境、提高供热质量、增加电力供应等综合效益。热电厂的建设是改善城市大气环境质量的有效手段之一，也是提高人民生活质量的公益性基础设施。随着国民经济的发展和改革开放的不断深入，全社会能源需求逐渐提高，我国能源应用结构也发生较大变化，海上石油天然气的不断开发、西气东输合理高效应用，促使沿海或经济发达地区加大了燃气发电机组的安装和建设。改革开放以来，我国热电联产事业得到了迅速发展，对促进国民经济和社会发展起到了重要作用。由于此类型机组，其起动、停机快捷，热电燃机作为调峰机组，广泛得到应用。但近几年，由于应用引进技术在消化、吸收方面，还存在个别细节上的缺失，以致引发引进技术设备的设备事故。如何根据燃机机组频繁起、停机的特点，科学吸收外方技术优势，对多方生产制造的大型设备系统进行成套安装调试等, 提高引进技术设备的质量值得深思。

1 设备事故简况

1.1 发电机是由美国GE公司授权制造。型号390H，主要参数为：视在功率468 MVA、有功功率397.8 MW、功率因数0.85、2极、3相、50 Hz、3 000 r/min、Y接线、全氢冷、F级绝缘、额定电压19kV、额定电流14 221 A、 励磁电压750 V、 励磁电流2 360 A、 线圈温度103℃、 铁心温度120℃、气体温度40℃、氢气纯度98%、氢气压力414 kPa。

1.2 2号机组于2007年3月5日投产。至2009年2月事发前，该燃机作为调峰机组，频繁起、停机，整套发电机组运行状况良好。机组正常运行时7瓦轴振水平基本稳定在70 μm。但自2009年3月份以来，启动时在过一阶临界转速(约840 r/min)时的振动数据呈逐渐上升趋势，在3月21日高达到190 μm。

2 事故设备检查过程及分析

3月30日机组经冷却后停止盘车，分别测量了零转速下转子的直流电阻和交流阻抗及3 000转下交流阻抗，零转速下交流阻抗与交接时相比下降约17%。3 000转下交流阻抗下降约38%。基本确定发电机转子存在匝间短路。

3月24日，请东南大学国家振动中心专家、江苏电力科学研究院的有关技术人员来厂现场进行振动测试分析。进行了两次升速试验，在升速过程中(发电机加励磁)，7X(7号轴瓦水平轴振)过临界时振动峰值分别达到161 μm和181 μm，而在降速过程中，发电机去励磁后，振动立即恢复至正常值。说明发电机异常振动与加载励磁相关。

与省调度中心联系，安排2号机组检修，进行发电机的故障检修处理，现场进行抽发电机转子工作。4月10日将发电机转子抽出。现场进行两极电压试验，两极电压差为26 V左右。说明确实存在匝间短路。进一步进行分部电压测量，判断匝间短路存在于第6槽和第9槽。

在拆除励侧护环，检查发现端部线圈R弯处的匝间绝缘移位现象严重，胶水已经没有粘性，有的已经跑出。拆除汽侧护环，检查端部线圈匝间绝缘，R弯处的匝间绝缘移位现象比励侧更加严重，普遍存在。端部直线部分的匝间绝缘也有移位。从端部情况来看匝间短路不是一点，而是存在多点故障和绝缘位移的情况，需要更换全部转子绕组的直线绝缘和端部绝缘并涂胶中温固化，由于现场和南京汽轮发电机厂均不具备转子线圈中温加热固化和高速动平衡的条件，决定返中国哈动哈尔滨电机厂检修。立即联系大件运输单位调运车辆，于4月18日20时将发电机转子装车后出发返厂处理。处理将要经过线圈拆除、清理、中温固化、下线、试验、动平衡等多道工序，处理时间大约20多天。派专人与哈电协调转子返厂处理。

端部匝间绝缘的情况见图1。

图1 端部匝间绝缘

端部直线部分明显的匝间短路点在励侧第3、4匝(见图2、图3)，槽内部分的匝间绝缘有脱胶(见图4)、断裂(见图5)、移位等现象。

图2 匝间短路点之一

图3 匝间短路点之二

图4 匝间绝缘脱胶

图5 匝间绝缘断裂

3 故障设备解体处理与原因分析情况

哈尔滨电机厂对电厂2号发电机转子匝间绝缘移位的分析及处理。

3.1 故障设备产品背景

该厂1号、2号燃气轮机发电机组，是在GE动力系统许可证项下，哈尔滨电机厂有限责任公司(简称HEC)制造的 390H 型产品，分别于2006年8月30日和2006年10月30日出厂。该型产品技术是GE公司成熟的设计和制造技术，同类型设计结构机组在全球范围内，运行台数较多。

该电厂1号、2号发电机，在HEC的出厂工作编号分别为A00346-14 和A00346-15，该厂的2号发电机转子出现匝间绝缘移位，是HEC此型号产品首次发生、也是首台采用GESUPPLY提供的成品匝间绝缘垫条(含槽部、转角和弧部)作为转子铜线间的绝缘材料。这种匝间绝缘垫条涂有B 阶段粘接胶。

事件回顾：该电厂2号发电机自2007年3月5 日投产以来，发电机运行状况良好，累计启停机327次 。2009年3月份始，该机7X (7号轴瓦水平轴振)轴振呈逐渐上升趋势。在机组启动过程中，当转子升速过发电机一阶临界转速时(约800 r/min)，发电机前轴承7X 轴振有明显增大，最大达到192 μm。2009 年3月30日电厂停盘车后进行了转子直流电阻、转子交流阻抗试验。试验发现：转子交流阻抗较发电机安装交接试验数据有较大变化，以150 V 试验数据为例，变化约17%。

针对上述振动及电气试验，HEC电派遣质量保证部和汽发分厂专业人员赴电厂进行再次确认，判定转子存在匝间短路的可能性。为了保证诊断准确性，需将转子抽出后进行相关试验，将试验结果与出厂试验数据进行比较。4 月10 日，转子抽出后进行了相关试验并进行了转子端部窥镜检查，确认转子匝间短路，端部转角绝缘80%移位，如图6、图7所示。

图6 转子端部检查之一

图7 转子端部检查之二

电厂方希望在保证质量的前提下，力争现场进行故障处理。根据现场的实际情况，4月11日上午HEC召开故障处理会议，组织工具和抢修材料。4月12日抢修工具和第一批材料包装发货，同时派遣产品设计部、制造工艺部、绝缘室、线圈分厂、汽发分厂专业人员等人赴现场。为保证现场工期要求，紧急组织和生产第二批抢修材料，同时现场人员进行拆护环和线圈工作。

在现场拆除9号线圈后，发现槽内直线段匝间绝缘也存在移位、断裂、重叠、成波浪状、凹陷等不同现象的绝缘损坏，需更换匝间绝缘。匝间绝缘的固化温度要达到120℃以上，而现场不具备加热用烘炉。经电厂多方努力，仍不具备现场固化匝间绝缘的条件，4月17日电厂方同意返厂修复。4月21 日21时30分，2号机转子运输车进入HEC厂房，当即开始了抢修的一系列工作，将直至转子修复合格出厂。

3.2 转子匝间绝缘移位的现象

转角匝间绝缘大部分偏移，其中往外甩的多，内R处也有甩出，个别的掉出，见图8，图9。

图8 转角绝缘甩出

图9 转角绝缘内R 处甩出

3.3 直线端部绝缘部分甩出

直线端部绝缘甩出，见图10，图11。

图10 端部绝缘甩出之一

图11 端部绝缘甩出之二

槽内线圈边上、孔里有胶溢痕迹，见图12～图15。

图12 转角处流胶之一

图13 槽内流胶之一

图14 转角处流胶之二

图15 槽内流胶之二

位于两端槽内1 m 范围内的直线匝间绝缘大部分已粘接不牢，槽内绝缘成波浪状、断裂、重叠、移位，见图16、图17。

图16 槽内绝缘之一

图17 槽内绝缘之二

3.4 设备发生事故的技术因素分析

经全台线圈拆出和对匝间绝缘粘接状态的细致查看，经技术分析认为：匝间绝缘移位的主要原因是绝缘垫条和铜排粘接强度不高所致。

本台产品使用的匝间绝缘材料由美国 GE 公司提供，匝间垫条上自带粘接胶，HEC 首次(仅采购了3 台份此种匝间绝缘)使用。390H 型产品的技术引进中，不包括有关绝缘方面的技术转让，在不完全掌握外方工艺的前提下采用了HEC 原有匝间绝缘烘压工艺。本台产品粘接后，未发现有开裂现象便进行下线。

据现场所见匝间绝缘粘接状态及溢胶现象，可以确定，有些匝间垫条上的粘接胶并没有完全固化好，使粘接强度未达到最佳状态。

用于定位刷的少量 JX-9 胶，固化较好，但其粘接面积不均匀，造成JX-9 胶粘接点间那些粘接强度不高的垫条开胶后产生变形、抻开、断裂、折叠等现象。这更证明自带粘接胶的匝间垫条粘接强度不高。

燃机作为调峰机组，而频繁起停机，使得转子铜线和直线匝间绝缘热涨及冷缩交替频繁，更使上述缺陷严重化。

4 修复处理结果及预防措施

1) 2号机转子返厂，按《××××发电厂2号机转子返哈尔滨电机厂有限责任公司抢修方案》执行。 HEC将××××发电厂2号机转子匝间绝缘粘接采用HEC 成熟的工艺和材料。在保证质量的前提下，按《返修方案》，倾全力(人员、工装设备、材料组织)、加班加点工作，力争用最短时间将修复后的转子送出厂。

2) 同型号1号机转子绝缘故障的预防。运行中关注各振动值变化，停机时要做转子的内窥镜和相关的电气检查，以判断匝间绝缘粘接状态。

孙国彬，男，1963年生，高级技师/工程师，从业大唐淮北发电厂，从事电气设备运行与管理32年，大唐集团公司最近3届“112”(B)人才，研究方向—电力系统及其自动化。

宋继平，男，1972年生，大学，高级工程师，从事电气设备运行与管理工作，研究方向—电力系统及其自动化。