氢冷发电机转子护环隐患处理及防范措施

氢冷发电机转子护环隐患处理及防范措施
摘要：针对下花园电厂#3机氢冷发电机转子护环的晶裂缺陷，对其进行更换，
并分析缺陷产生的原因，据此提出了相应处理办法及预防措施，保障了机组运行
的安全可靠性。

关键词：护环；晶裂；分析；措施
前言
我厂#3机汽轮发电机，容量200MW，东方电机厂生产，1985年11月出厂，于1988年
投入生产运行，至今已运行20年。

采用水-氢-氢的冷却方式，即发电机定子线圈采用冷却水
冷却，定子铁芯及转子采用氢气进行冷却，工作中的冷却氢气额定运行参数如下：工作氢压
为0.3MPa,冷却氢气用量为35m3/s,氢气纯度要求不小于96%，氢气湿度要求在0. 3MPa下不
大于10g/ m3（露点湿度一般在-5—-25℃）,进风温度要求35~40℃，机内充气容积为83 m3。

2008年5月#3机组大修中发电机转子护环金相检验中，发现发电机转子汽侧护环：晶粒不均匀，晶粒度达到0-1级；晶界腐蚀比较严重，并有开裂倾向。

励侧护环：晶界有轻微腐
蚀现象。

根据华北电力锅炉压力容器检验中心建议监督运行，但护环存在隐患，严重威胁发
电机运行安全。

一、发电机护环更换工艺流程
按照2013-XL-F-001标准的要求，对#3发电机转子汽、励侧护环进行更换，具体工艺流程如下：
1、护环毛坯的粗加工。

2、转子返运至北重厂后的检查和试验：
2.1、转子外观检查和清理；
2.2、转子电气试验：
2.2.1、用2500V摇表测量转子对地绝缘电阻并记录；
2.2.2、测量转子直流电阻并记录；
2.2.3、测量转子交流阻抗并记录；
2.3、气密试验：压力0.4MPa，6小时无泄漏；
2.4、通风试验：按照厂标B5680-2004及规范0EG.692.006进行试验；
3、转子就位后，对转子风扇叶进行位置标记并拆下风扇叶，之后进行着色探伤试验；
4、转子平衡螺钉做好位置标记，拆除平衡螺钉，并做好螺钉孔的防护工作；
5、准备拔护环工具、固定中心环工装；
6、固定中心环，中心环及护环作相对位置标识；
7、加热拔出汽、励两端旧护环，加热温度不得超过280℃，并拆除端部相应的固定结构，拆前做好标记。

拆下的中心环进行砂光并着色探伤检查；
8、护环的测绘与新护环的加工；
8.1、草绘旧护环外型图纸，标出需测量的尺寸，同时标出需测量的装配关系尺寸；
8.2、检查员按草绘图纸对旧护环的外型尺寸进行测量并记录，对应的装配关系尺寸也进
行测量记录；
8.3、根据测量尺寸数据计算并绘制护环的精加工图；
8.4、按精加工图加工新护环；
8.5、加工后的护环进行着色探伤，检查加工尺寸；
9、实际测量原护环绝缘的外形尺寸并记录，并配做，更换护环绝缘（F级），检查两端
转子绕组全部包间绝缘撑块；
10、拆除转子两侧阻尼环，重新镀银后回装；
11、转子端部电气检查：
11.1、测量转子绝缘电阻，2500V摇表，并记录；
11.2、转子的静态匝间短路试验并记录；
11.3、测量转子直流电阻，并记录；
12、热套新护环，加热温度不得超过280℃，结合标记恢复端部结构；
13、按标记回装风扇叶；
14、转子气密试验：0.4MPa , 6小时无泄漏；
15、转子校调，记录各处跳动和偏摆。

注意对发电机滑环的检查，必要时对滑环进行车旋，保证滑环的偏心度不大于0.03mm，表面光洁度达到0.8；
16、转子进行真空动平衡试验；
16.1、冷态动平衡，轴承绝对振动基频分量振动位移峰峰值应不大于20um；
16.2、拍动态波形；
16.3、升降速交流阻抗；
16.4、超速试验，超速3360r/min，2分钟；
17、转子校调，记录各处跳动和偏摆；
18、转子平衡螺钉紧固；
19、转子出厂验收试验：
19.1、测量转子绝缘电阻并记录，2500V摇表；
19.2、测量转子直流电阻并记录；
19.3、测量转子交流阻抗并记录；
19.4、气密试验、通风试验，气密试验：压力0.4MPa , 6小时无泄漏；
19.5、通风试验：按照厂标B5680-2004及规范0EG.692.006进行试验。

19.6、测量转子绝缘电阻、测量转子静态交流阻抗、测量转子直流电阻、气密试验、通
风试验，与返厂时数据进行比较。

20、转子喷漆、防护、包装。

由于护环材质要求较高为Mn18Cr18N，该材料所需资金数额较大，更换成本较高，因此，在设备进行更换新护环后，探寻发电机转子护环裂纹产生的原因，进而作好预防措施，对我
们生产的安全性、经济性非常必要。

二、产生裂纹的原因分析
1、护环材质不好，使其易产生裂纹。

发电机转子在运行中处于高速旋转的状态，护环则
要承受极大的电磁力及旋转离心力的作用，再加上护环的运行环境是长期处于高温、潮湿，
极易造成护环裂纹的产生。

#3机使用的是18Mn5Cr奥氏体钢材质的护环，这种材质的钢在
相对湿度大于50%的潮湿环境中，其抗应力腐蚀性能变差，显然不能完全满足安全生产上的
要求，目前这种材质的护环已经处于逐步淘汰的阶段。

2、机内氢气湿度太大。

氢气湿度太大，对护环造成的影响是很大的。

2.1#3发电机由于存在着密封油向机内渗漏的现象，而油中又含有大量的水份，造成发电
机内的湿度很大，护环的运行环境恶劣，对护环的金属性能产生一定的影响，促使了裂纹的
产生和扩大。

2.2氢气气源存在湿度过高的情况。

2.3机组在停运时，由于内外环境的温差较大，干燥器停运，导致机内氢气湿度增大。

3、环状的金属物体，都具有一个共性，就是每一次加热后，在冷却时，其径向都会有微
小的收缩。

我们每扒、套一次，就要对护环进行两次加热，护环内径比上一次有所收缩，造
成护环与转子本体结合应力增大，增加了下次扒的难度，下次就必须加热到比上次更高的温度，如此形成一个恶性的循环，对套、扒护环的加热温度要求会越来越高，对护环造成的损
害也是显而易见的。

我厂在发电机大修时，未进行转子扒护环工作，不会产生这方面的危害。

三、防范措施
1、采用新型材质的护环
目前我厂更换的1Mn18Cr18N(P900)材质的护环替代原18Mn5Cr奥氏体钢材质的护环，这种新材质，不论是在机械强度、硬度还是在韧性方面，都要比18Mn5Cr奥氏体钢材质更适合
于作为制造发电机转子护环的材料，也使机组运行的安全可靠性上了一个新台阶。

在其他装
设1Mn18Cr18N钢护环的发电机中，未曾看到有因应力腐蚀而造成护环裂损的报到。

2、加强氢气气源管理
如氢站内的氢气湿度过高，或由氢站到发电机的氢气管路密封不好造成氢气受潮。

氢气
在制氢站通过干燥器干燥，如果制氢设备干燥效果不好，这样很难保证发电机内部的氢气湿
度合格。

为此对制氢站设备加强管理维护，保障气源合格。

3、加强氢气去湿干燥器管理，保证气体干燥
目前我厂这台200MW发电机安装两台冷凝式氢气干燥器，发电机运行后干燥器对机内氢气循环干燥，使机内氢气湿度达到标准要求。

加强干燥器的定期维护和运行中的监督管理工作，保证干燥的正常运行。

4、定期对护环进行检测
随#3机组大修，对发电机护环进行金相、硬度、超声、着色的金属试验，以此来检验护环的状况，发现异常及时采取应对措施。

5、制定科学的检修计划，尽量减少扒护环的次数
每次将护环的加热过程，对护环都是一种很大的损伤。

因此，我们应制定出科学的检修计划，在检修中完善试验方法，充分依据转子的各项电气试验数据及金属探伤试验报告，做出事实求是的分析，尽量减少扒护环的次数。

四、结语
氢冷发电机转子护环裂纹产生的原因，是一个非常复杂的问题，牵涉到电气、汽机、化学、金属材料等多个专业，需要多个专业的密切配合、同心协力管理，机组运行的安全可靠性也将越来越高。

参考文献：
【1】涂光瑜．汽轮发电机及电气设备（M）．中国电力出版社，2010（1）：21-28。