大型汽轮发电机的常见故障与排除方法

汽轮发电机是指由汽轮机驱动的发电机,是一种将机械能转换为电能的装置,工作时与汽轮机配套使用。

汽轮发电机是发电厂的主要设备,尤其300MW及以上的大型汽轮发电机,不论是单机数量还是总体发电量都早已成为我国的发电主力,其运行状态决定着电力系统的正常供电,一旦因故障停机则可能会造成严重的经济损失和安全问题。

1大型汽轮发电机常见故障分类
发电机是电力系统的“心脏”,其能否安全运行,将直接关系到电力系统的稳定和电能的质量。

汽轮发电机的绝缘材料长期处在高温和潮湿的恶劣环境下,承受着巨大的机械应力,极易发生故障。

大型汽轮发电机常见故障按照故障的性质可分为以下3种。

1.1机械故障
大型汽轮发电机转速高,因此机械故障的发生概率较高,主要包括振动超标、部件松动、部件磨损、异响、三漏(漏氢、漏水、漏油)、超速(保安器动作转速至3600r/min为事故超速、超过3600r/min为严重超速)等[1]。

1.2热力故障
大型汽轮发电机工作时产生的温度高,一旦热力系统出现故障将导致汽轮机温度过高,有可能致使元件烧损,产生电气故障及严重事故。

1.3电气故障
大型汽轮机一旦出现电气故障,可能会导致严重的电气事故,主要原因包括短路、绝缘性能下降、元件老化、零件磁化等。

2大型汽轮发电机常见故障诊断与排除方法
2.1使用仪器设备人工进行参数检测
大型汽轮发电机有国家、行业、厂家规定的各种工作参数的标准范围,根据故障现象和诊断分析需要,可以使用对应的检测仪器设备(铁心故障探测仪、万用表等)对大型汽轮发电机的工作参数进行测量,对比标准,进而作为故障诊断的依据。

例1:大型汽轮发电机工作时转速高,振动大,如果振动方面出现故障现象,可以使用振动测试仪对加速度传感器、速度传感器、电涡流传感器检测,检测标准按照国标(GB、GB/T)与行业技术标准说明(TSO)、厂家相关规定。

如果检测结果超过极限,需要进一步找出引起异常诊断的原因,确诊后对有问题的零件和总成进行修复、更换,最终解决故障[2]。

例2:大修时应对汽轮发电机进行定子绕组的试验,可以使用锤击法测量定子绕组的固有频率,对不合格的汽轮发电机进行结构改进。

例3:大型汽轮发电机自身工作时噪声就大,噪声来源包括机械噪声、电磁噪声以及通风噪声,如果运行中大型汽轮发电机突然噪声变化较大,则证明可能出现异响的故障现象,需要进一步诊断。

异响的确认可以采用精密的声级计测量,不能超过92dB(A)。

2.2利用计算机进行数据的信息化在线监测
利用数据采集软件将汽轮发电机的各传感器连接,采集温度、振动、位置等工作参数。

例如:在用汽轮发电机加装在线监测装置,可以采用机械式传感器或光电式传感器监测绕组振动幅值等参数,并定期的对定子绕组的磨损及紧固情况检查。

依靠总线及局域网技术将采集的汽轮发电机各传感器数据传送到数据中心,在数据中心具有存储数据的功能,远程诊断中心可从数据中心调取、查阅历史数据和即时数据,作为远程数据诊断的依据,依靠大数据分析或者专家远程指导电厂现场的专业技术人员进行故障诊断排除。

在数据中心内储存有本型号汽轮机的机械、电气等专业维修资料以及分类的故障诊断维修案例,电厂专业技术人员可通过数据中心查阅、参考图纸、维修标准及经验。

并且,在电厂内的电脑移动端,根据工作参数的标准设置报警机制,将故障信息等信息以报警、提示的方式提供给设备监控者及技术维修人员。

2.3运用逻辑分析法作为科学诊断思路
要想正确、快捷的诊断出大型汽轮发电机故障,除了使用诊断仪器设备及远程监测系统外,还需要专业技术人员必须具有良好的诊断思路,根据现场实际工作,主要应用的逻辑分析方法是故障树法、概率统计法。

故障树分析法(FTA)是根据故障现象,将故障原因逐层分解、逐层排查,最终找到故障点。

故障树分析法的主要目的是按照因果逻辑关系排查出导致故障症状的所有原因。

故障树分析法在多发故障分析中具有一定的局限性,但是在实际处理故障中实用性非常强[3]。

概率统计法在故障树分析法中的运用主要是根据故障出现的概率,实际检测排查时优先选择故障出现率高的环节。

例如:对于水内冷汽轮发电机出现过热现象,水内冷汽轮发电机漏水、漏气故障发生概率较高,约占汽轮机总故障率的四分之一以上。

在分析和实际检测排查中就可以优先选择漏水、漏氢的故障点,具体又可以分解故障原因材料性能老化、安装连接处不紧固、水管因为布置问题磨损过大、焊接处焊接质量不达标等故障原因,如果结合本机历史维修记录刚刚进行了维护保养,则材料性能老化和安装连接处不紧固的故障发生概率较小,则可以优先选择其他故障原因进行检测排查。

2.4运用换件法作为诊断维修的辅助手段
根据实际情况,在故障诊断分析中已经有了一定的故障范围,但是因为缺少专业工具或技术资料,无法详细检测诊断时,在有新的配件、总成的情况下或同型号汽轮发电机可拆零件、总成的情况下,可以将疑似故障零件、总成更换,若故障排除则故障点在所更换零件、总成。

这种诊断分析方法对于多发故障也具有一定的局限性[4]。

2.5利用预防性维修降低故障发生几率
预防性维修主要是指在设备没有发生故障或还未损坏之前对设备进行的检查、更换,预防性维修能够极大程度的降低故障
大型汽轮发电机的常见故障与排除方法
方敬学
(国能德惠生物发电有限公司,吉林德惠130300)
摘要:本文以发电厂大型汽轮发电机为研究对象,介绍了大型汽轮发电机的常见故障类型,包括机械故障、热力故障、电气故障,结合故障类型和现场实际维修现状分析了大型汽轮发电机的常见故障诊断排除方法,主要是使用仪器设备人工进行参数检测,利用计算机进行数据的信息化在线监测,运用逻辑分析法作为科学诊断思路,运用换件法作为诊断维修的辅助手段,利用预防性维修降低故障发生几率,仅供参考。

关键词:大型汽轮机;故障分类;诊断方法
中图分类号:TM311文献标志码:A文章编号:1672-3872(2019)21-0117-02
作者简介:方敬学(1985—),男,山东泰安人,大专,助理工程师,研究方
向:热能与动力工程。

(上接第109页)到的阻碍也不同。

一般来说,厚度越大,热阻
越大,散热越差,材料的保温效果越好,如图1、图2所示。

图1不同保温材料厚度下沥青罐的散热损失
图2不同保温层厚度下沥青罐的加热效率
由图1、图2可知,随着保温层厚度的增加,三种保温材料的散热损失逐渐减小,这说明保温材料的保温性能随着厚度的增加越来越好。

但散热损失并未呈线性变化,而是在厚度为0.1m 之前减少速度较快,0.1m 之后有所减缓。

三种保温材料下,沥青罐加热效率的变化规律正好与散热损失相反,其值随着保温层厚度的增加而增加。

三种保温材料中,岩棉的散热损失最小,硅酸钙的散热损失最大,当保温层厚度为0.05m 时,三者散热损失差存在最大值,约为3.8kW ,此时,加热效率差别也最大,约为4%。

图3不同密度下沥青罐的散热损失
一般来讲,材料密度越大,散热损失越小,保温性能越好。

但
对于纤维类保温材料来说,当密度达到一定程度后,散热损失会大幅增加。

图3、图4分别为玻璃棉不同密度下沥青罐的散热损失和加热效率。

图4不同密度下沥青罐的加热效率
由图3、图4可知:当密度处于60~80kg/m 3时,即存在一个“最佳密度”,使得散热损失最小,加热效率最高。

因此,要提高电加热式沥青罐的加热效率,对于保温材料为纤维类制品的材料,需要找到“最佳密度”。

4
结论
通过对电加热式沥青罐影响因素的分析,得到以下结论:1)根据电加热式沥青罐工作原理和传热过程,建立了单个沥青罐和沥青罐区加热功率及加热效率模型。

2)研究了沥青初始温度、保温材料厚度和密度对单个沥青罐加热功率的影响规律,拟合出沥青罐加热功率与沥青初始温度和加热效率与保温材料密度之间的关系。

参考文献:
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of an asphalt storage tank in a reduced scale[J].Appled Thermal Engineering,2013,56(02):101-109.
[2]Sol -Ji Song,Sangwon Cho.etc.Failure analysis of electric -heater tube for heat-storage tank[J].Engineer Ingfailure Analysis,2018,87:69-79.
[3]Meng Cheng,Jianzhong Wu,Stephen J Carsworthy,et al.Power system frequency response from the control of bitumen tanks [J].Transactions on Power Systems,2016,31(03):1769-1778.
[4]Justas Bra i 俦nas,Henrikas Sivilevi?ius.Heat transfer and energy loss in bitumen batching system of Asphalt Mixing Plant [C]//9TH International Conference Environmental Engineering.Vil nius,LITHUANIA:VILNIUS GEDIMINAS TECHNICAL U NIV PRESS,2014.
[5]倪伟.电加热与导热油加热的沥青高温储罐节能效果分析[J].中国高新技术企业,2015(8):
94-96.
发生概率。

预防性维修,需要发电厂专业技术部门根据技术资料制定预防性定期维修计划,按照已制定的维修计划,按照固定时间周期组织操作工、巡检工对大型汽轮发电机的易损件和接近报废时间极限的零件、重要零件进行检查(包括油质每3个月至少做1次分析)、更换,进而避免将来大型汽轮发电机在运行中出现故障,造成严重的事故[5]。

前文所述的利用计算机进行数据的信息化在线监测所发生的维修工作,也属于预防性维修的范围。

此外,汽轮机运行中,操作人员应全面的监视仪表,包括压力、水温、水量、油温、油量等,发现异常和变化趋势及时的进行记录和检查,还要做好定期的清洁、润滑、常规检查(有无松动、裂纹、异响、冒火等)。

参考文献:
[1]张国强.汽轮发电机故障分析与诊断[D].北京:华北电力大学,
2011.
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[3]王青华,汪江,陆颂元.发电设备状态监测和状态检修的若干技术问题[J].汽轮机技术,2003(6):337-339+401.
[4]陈维荣,宋永华,孙锦鑫.电力系统设备状态监测的概念及现状[J].电网技术,2000(11):12-17.
[5]李伟清,刘双宝.大型汽轮发电机常见故障的检查及处理方法[J].大电机技术,2000(3):11-15.。