引言

定子鐵芯是構成電機磁通回路和固定定子線圈的重要部件,一般由0.35mm或0.5mm厚的扇形硅鋼片疊壓而成。硅鋼片沖壓、鋼片的絕緣、鐵芯疊壓方式及疊壓質量等工藝對后期設備運行至關重要。鐵芯疊片的漆膜質量、壓裝松動等問題,可發(fā)展為鐵芯片間短路,進一步惡化,會導致鐵芯局部溫度過高,甚至造成線棒絕緣燒損及鐵芯燒熔故障。一旦鐵芯燒熔,定子繞組也隨之短路,此等事故必須返廠,不但定子運輸成本高且修理時間長,同時停機停電的損失很大,故發(fā)電機的壽命取決于定子鐵芯的壽命。

對鐵芯松動或局部短路,傳統(tǒng)的檢查方式需要檢查定子膛內有無黃粉,測試鐵芯緊力或進行鐵損試驗看有無過熱點。除目測外,另兩種方式需要耗費大量的人力、物力、財力,并且大容量發(fā)電機鐵損試驗還受試驗變壓器容量限制,現場實施困難較多。

本文通過實例提出了簡單易行的汽輪發(fā)電機鐵芯松動檢測方法,以供同行交流。

1故障簡介

山西某電廠安裝兩臺山東濟南發(fā)電設備廠制造的330Mw空冷汽輪發(fā)電機組,發(fā)電機型號為0Fa-330-2,額定功率330Mw,額定容量388.2MVA,額定電壓22000V,額定電流10189A[2],生產日期2102年8月。故障機組為該廠#2發(fā)電機,出廠序號為3300007。

2018-08-10T23:18,#2機組定子接地保護動作跳機。當晚緊急斷開發(fā)電機進出線及中性點,測試A、B相對地絕緣2GQ,C相絕緣0MQ,萬用表測試該相對地電阻為80Q。結合保護動作跳機分析為定子繞組接地,機組轉入搶修狀態(tài)。

2解體檢查情況

2.1抽轉子后檢查情況

為盡快查明故障部位,爭取充足的修復時間,在此期間采取間斷停運盤車,用內窺鏡進行初步檢查,發(fā)現勵側10點部位有鐵芯燒傷痕跡(圖1),確定抽轉子進行檢查。

8月15日發(fā)電機轉子抽出,查勵側第48槽與第49槽間第7~8檔鐵芯(不含階梯齒的5段)表面有熔化現象,且熔渣順氣流方向甩向汽側,定轉子其余部位未發(fā)現異常。

根據制造廠家圖紙資料分析,第48、49槽上下層線圈為同相,綜合定子膛內其他部位檢查結果及鐵芯燒熔現象,判斷接地故障發(fā)生在第49槽。

2.2定子線圈燒損情況

清理鐵芯表面、通風孔、燕尾槽等處熔渣后將槽楔退出,相鄰的48楔下槽墊條有高溫燒痕,兩槽間的第7、8檔鐵芯通風段段間工字鋼熔化,齒部已看不出段間的通風溝,通風段工字鋼兩側鐵芯片已熔為一體。

拆除兩槽上下層線圈后,檢查主絕緣已嚴重燒損,49槽上層線圈導線已裸露(圖2)。

2.3鐵芯燒損情況

兩槽上下層線圈均取出后,檢查槽底鐵芯片間紋理清晰,正常。第4檔鐵芯下層線圈部位距槽底40mm有燒熔(圖3),第5、6檔鐵芯上下層線棒中間部位有3mm寬度的中間燒痕,第7、8檔鐵芯熔化(圖4)約190mm,占鐵芯齒高的60%(鐵芯齒高度為304mm)以上。鐵芯燒損部位涉及第4~10共8檔鐵芯。

槽內線棒采用雙燕尾槽固定,上層槽楔下為波紋板。發(fā)電機槽楔退出后,檢查波紋板約80%失效。

3鐵芯數據測量

與傳統(tǒng)汽輪發(fā)電機采用穿芯螺桿壓緊方式有所不同,該系列發(fā)電機鐵芯采用機殼外壓裝方式疊片,通過其背部定位筋和端部壓圈拉緊固定(圖5),輒部定位筋與鐵芯焊接。

鐵芯長度6340mm,硅鋼片型號50w290,厚度0.5mm。鐵芯共11種沖片,61200片。鐵芯沖片輒部為梯形,定子鐵芯外形呈正多邊形,外徑對邊長近3m,定子槽數共54槽。

因其獨特的壓緊結構,鐵芯松動檢測需使用緊力刀,其標準為輒部或齒部插入深度不大于10mm[4]。依圖5所示,測量鐵芯輒部、齒部長度數據。

圖6為鐵芯輒部及齒部軸向尺寸(不含兩端5檔階梯齒)測量示意圖,測量時用5m鋼卷尺從鐵芯中部向汽勵兩側分別測試,數據如表1所示。

4原因分析及處理方案

4.1原因分析

外觀檢查,勵端鐵芯至中部通風段呈黃褐色(圖1),為鐵芯松動磨損的典型特征。鐵芯長度測試數據(表1)中齒輒部超差嚴重的為故障部位槽所在區(qū)域,可以輔助驗證該部位鐵芯松動。初步分析為鐵芯局部齒段或通風段工字鋼松動后,在交變電磁力作用下,振動磨損至鐵芯片漆膜脫落,出現鐵芯齒部嚴重短路,產生渦流,最終演變?yōu)殍F芯燒熔,定子線棒絕緣受損,導致接地、跳機。

4.2處理方案

定子鐵芯輒部采用焊接結構,現場實施鐵芯疊片拆卸及處理難度很大,后將定子整體更換投運。

5結語

"黃粉"是發(fā)電機鐵芯松動的典型產物,機組檢修期間可根據定子鐵芯表面附著的黃色粉末進行初步判斷,附加鐵芯緊力測試驗證。但緊力測試需要專用緊力刀對鐵芯段逐段檢測,軸徑向復合通風方式的發(fā)電機,軸向分段多,測試工作量大,難以短時間完成。

采用鐵損試驗,磁密要達到1.4T,需要大容量變壓器,甚至需接高廠變來完成,較為繁瑣。采用ELCID試驗法查找鐵芯發(fā)熱部位,一般用戶又難以承受其高額的試驗費用。

鐵芯松動與鐵芯長度變化量相關,測量鐵芯軸向長度并進行數據分析的方法簡便易行,通過長度數據變化量同樣可以判斷鐵芯松動所在槽位置。

因汽輪發(fā)電機冷卻方式不同,全軸向通風冷卻的發(fā)電機,其鐵芯不分段,測量較為方便:對氣隙取氣氫內冷發(fā)電機,受風區(qū)隔板影響,鋼卷尺無法測量,可采用激光測距儀、紅外測距儀等測量。此項工作需要在機組安裝或檢修期間按圖紙對槽號進行編號,留存測試數據臺賬,并在下一個檢修周期對該部位尺寸進行復核,結合鐵芯附著物綜合判斷鐵芯有無松動。

鐵芯松動發(fā)生在局部槽、齒段的概率較整體松動大。內壓裝鐵芯僅能測到定子齒部長度,對長度數據超出平均值較多的還需要檢測穿芯螺桿的緊力:對外壓裝鐵芯除定子齒部軸向長度逐槽測試比對外,還可與輒部長度比較,超出平均值范圍的,同樣應引起重視。