定子冷却水中断对发电机造成的损坏及修复

定子冷却水中断
对发电机造成的损坏及修复
王宾,辛文达
(沙角发电总厂, 广东东莞 523908)
摘要：对沙角C电厂内冷水中断事故及其对发电机造成的损坏作了介绍。

经分析，造成定子绕组断水后出现振动过大的主要原因是端部固定方式较薄弱，无法承受在一定的温升时所产生的热膨胀。

事故后，厂家决定对发电机绕组端部进行临时性的加固，情况已经明显改善。

关键词：发电机；定子绕组；振动；温升
中图分类号：TM307.1 文献标识码：B
发电机的容量在不断增加，而发电机的体积并未增大，这使得发电机的热容量被利用得更加充分。

发电机运行时的剩余热容量变小，这就对发电机的冷却系统提出更加严格的要求，如果发电机冷却系统出现异常，则容易造成发电机超温。

沙角C电厂3号发电机在1999年3月24日发生了发电机定子内冷水中断4 min 的事故，使发电机受到了部分损伤。

下面就这次事故的经过、对发电机造成的损伤及修复等情况进行介绍，以便同行能得以借鉴。

沙角C电厂共安装有3台由GEC-ALSTOM生产的水-氢-氢冷却方式的660 MW 发电机。

从1996年投产至今，3台发电机都相继发生了重大故障。

2号、3号发电机故障的主要原因是发电机定子绕组端部固定较薄弱，引出线的固定支撑布置不合理，引起引出线部位振动过大。

因此，厂家在3台发电机定子绕组端部及引出线部位都安装了在线振动监测装置。

这次3号发电机定子内冷水中断后出现的异常情况，就是通过振动监测结果判断出来的。

1事故经过
1999年3月24日3号发电机在带有功功率651 MW，无功功率5 Mvar 运行时，化学人员在取发电机定子内冷水水样的操作过程中失误，引起定子内冷却水泵跳闸，备用泵也无法启动，发电机发生断水事故。

原设计发电机断水保护动作的条件是：
a) 2台定子冷却水泵电动机的事故按钮都被按下；
b) 2台定子冷却水泵电动机的热偶都动作；
c) 定子冷却水箱水位低-低并延时5 s。

在上述3个条件中任意满足1个时断水保护将动作。

由于当时运行人员是在水位计的连通管上取水样，取样时阀门开得过大，造成水位计水位大幅度波动，水位低-低信号保护动作，引起运行中的定子冷却水泵跳闸。

水位波动后，因为原水箱水位本来就较低，已接近水位低位置，在放水后，水位低信号不能复位，而水位低信号又闭锁了备用泵的连锁启动，所以导致断水保护未动作。

发电机在高负荷下运行了4 min后，运行人员手动将发电机解列。

解列30 min后，恢复定子内冷却水（因此发电机不存在过热后突然冷却的这种情况）。

停机后从定子线棒出水温度的趋势图中看到，温度从正常的55 ℃升至最高的95 ℃，定子绕组引出线内冷却水温度，从51 ℃升高至最高的92 ℃，端部铁心温度从59 ℃升高至最高的72 ℃。

由于沙角C电厂的发电机在线棒上层及上、下层线棒之间没有埋设温度测点，只在每根线棒冷却水的出水软管上安装了温度测点，故在发电机内冷却水中断后，无法准确地判断定子线棒上的温升有多少。

在对发电机进行外部检查正常后，当日重新开机，机组带满负荷后，检查发电机定子线棒出水温度及发电机各部温度均正常。

3月28日发现汽机侧定子绕组端部的一个测振点（第20点）的振幅达到报警值（报警值为P-P 150μm），此点是安装在汽机侧定子绕组端部105°角的位置，测量的是绕组的径向振动。

全面检查发现安装在同侧位置285°角的第21点的振动同第20点一样在发电机断水事故后开始呈逐渐增大的趋势（第20点、第21点的振动幅值趋势图见图1），由于振动的幅值是随着发电机的有功功率和无功功率增大而增大，所以排除测振元件由于过热而失灵的可能性。

征求厂家意见，认为确实存在端部绕组振动增大并且同发电机断水有关，但此振动幅值对发电机的正常运行还不会构成危害，建议将第20点振动报警值分别从150μm
提高到400μm，第21点振动报警值从100μm提高到400μm，发电机可继续运行。

但报警值提高后，到4月18日，第20点的振动又达到新的报警值，最高时曾达到457μm。

随后，为控制振动在报警值以下，决定机组限负荷300 MW运行，等5月10日机组计划小修时再做详细检查。

2发电机的损坏情况及分析
2.1损坏情况
5月21日，对3号发电机抽出转子作检查。

在定子汽机侧、励磁机侧端部发现有较多黑色油泥状条纹，主要发生在弹性板和端部支撑架之间、线棒间垫块上，另有几处在端部引线上。

分析后认为，油泥是振动产生的粉末与油气混合物在高温作用下形成。

而绕组未发现有明显的绝缘缺陷痕迹。

2.2故障原因分析
发电机汽机侧绕组端部振动增大是由于发电机断水后，定子绕组过热引起的。

但发电机在满负荷运行断水4 min后定子绕组温升究竟有多高？由于在绕组上未埋设温度测点，没有直接的测量数据，而根据厂家提供的参数进行计算，此时的最高温度不超过150 ℃（计算过程略）。

因为发电机定子绝缘为F级，所以认为此温度对定子绕组的绝缘应无影响。

但由于线棒温度迅速上升并受热膨胀，同时由于在绕组端部线棒之间的垫块是用毛毡浸透环氧树脂而将垫块与线棒粘贴到一起的，未用绑扎带将垫块同绕组线棒捆绑，故当两个线棒受热膨胀情况不同时，线棒与垫块之间就会产生裂纹、错位，减弱其固定作用，造成运行时振动逐渐变大。

由于定子线棒内冷水是从汽机侧进水，从励磁机侧出水的，正常运行时，汽机侧绕组的温度低于励磁机侧，所以当发电机断水后，汽机侧端部绕组的温升比励磁机侧的温升大，导致汽机侧垫块松动的情况较严重。

定子绕组端部的固定方式主要靠3个内撑箍环将端部的绕组压紧到绕组外圈的支撑托架上（图
2），绕组外圈共布置有12个支撑托架，支撑架通过螺栓固定到端部铁芯的压紧
环上的。

端部绕组同层相临线棒及上下层线棒间是用垫块撑紧后再注入树脂来固定的。

也就是说端部线棒的固定完全是依靠在外圈支撑部件和内撑箍环之间打入锲块和在相邻线棒之间打入锲块后产生的压紧力来固定，线棒之间并没有相互的绑扎，整个端部的整体性较差。

因此，我们认为这种绕组端部固定方式与同类型机组相比是较薄弱的，无法承受定子绕组在一定的温升时所产生的热膨胀，这是造成定子绕组断水后出现振动过大的主要原因。

3发电机的修复
这次事故后厂家决定对发电机绕组端部进行临时性的加固。

临时性加固措施是：
a) 对弹性环和支撑托架间、外圈支撑环和绕组线棒间垫块、上下层绕组间垫块灌注树脂，利用其流动性充分填充可能产生的松动间隙。

b) 拆除发电机端部固定用两道内撑箍环及相应6个支撑压板（图3），改用小压板固定方式。

每侧相邻两根线棒端部有4块小压板，每块分成上、下两半。

先用热缩性带将相邻两块小压板与绕组外圈的支撑环绑紧后，加热使热缩带收紧，然后再用专用工具加力拉开上层压板，打入斜楔，使热缩带紧力达到要求，最后涂树脂固化。

厂家称这种处理方法在200 MW的发电机上使用过。

4发电机修复后的运行情况
发电机经处理后，重新并网带负荷。

振动情况明显改善，第20点的数值从处理前最高的457μm减小至20μm左右，第21点的数值从最高的280μm减小至35μm左右。

此次改进是否能真正改善发电机绕组端部的振动情况，还需要时间进一步的验证。

就目前情况来看，此次小修改善了发电机绕组端部的固定状况，使端部的振动幅值在安全的范围内，但强度是否满足要求，尚需时日考验。

在这次事故中，发电机绕组端部及引线振动在线监测装置发挥了很大作用，使我们在运行中及早发现了发电机端部固定的缺陷，采取了限负荷的措施，避免了故障的扩大，甚至出现因振动过大而发生短路烧毁的事故。

作者简介：王宾（1968—），男，四川南充人，工程师，工学学士，从事电气设备运行技术管理工作。