发电机讲义

1概况当前我国电力工业已经进入大电网与大机组的阶段。火力发电厂是我国电力工业的主体，其装机容量占全国总装机容量的70%以上，其发电量占全国发电总量的80％以上，而且火力发电机组中300MW及以上大型汽轮发电机组是我国的主力发电机组，并且近几年整体数量一直在快速增加，无论是单机数量还是发电总量都已成为我国电网的绝对发电主力。2050100150200250300美俄日中加德装机容量全世界排名占第二位(2002)353G3最近的情况2005年全国总装机容量超过508GW。至2020年预计装机总容量950GW。今后几年电力仍将保持高速增长，随着电力紧缺现象的缓解，电力增长势头将有所趋缓，但增长速度仍世界罕见。能源结构调整，将高速增大核电的比重。数十座核电站在规划设计中，2010年核电计划达到4000万千瓦。42475050010001500200025001971198019901992199419961998200020022004TWH发电量增长情况5历年全国装机容量情况0100200300400500600197819851993199519971999200120032005GW50862005年底装机容量情况总装机508.4GW其中火电384.4GW水电116.4GW核电7.5GWThermalHydroNuclear7PowerPlantsOver1000MWinChinaPowerPlantsOver1000MWinChina总数116火电厂91水电厂19核电厂4抽水蓄能电厂22004年底统计数字82002年底前最大单机容量125125MWMW200200MWMW300300MWMW600600MWMW900900MWMW1971197119721972198519851993199319691969GGGGG水电700MW三峡水电厂火电800MW绥中电厂核电900MW大亚湾核电站9ProportionUsedPrimaryEnergy76%23%1%火力发电水力发电核电我国电力工业以火电为主（2005）10汽轮发电机数量（2004年底）050100150200250300350200MW300MW600MW11300MW汽轮发电机不同冷却方式数量比例5%24%71%全氢冷水水空水氢氢12发电机的故障分类汽轮发电机事故分类统计50%25%25%ManufactureInstallationOperation13发电机的故障原因发电机故障属设计制造质量问题约占1/2属安装和运行的各占1/414发电机的故障分类序号项目事故总台次占事故总台次百分比（%）事故或故障原因事故次数内冷水系统问题：断水、堵塞、引水管破裂29绕组空芯导线漏水4端部线圈存有异物1绕组端部松动、磨损4定子29%绕组绝缘不良2绕组空芯导线及绝缘引水管漏水7转子6%绕组严重匝间短路21发电机本体533.4%其它5MK断路器挂闸不好，机械断裂4励磁调节器元件损坏8转子滑环环火4整流柜温度高2主励振动大、副励定子绝缘烧损2主副励磁机不同心1失磁142励磁系统4532.6%其它103其它4028.9%封闭母线、断路器、互感器、电缆、变压器等设备引起机组停电4015我国发电机总体情况至2004年底运行中的200MW汽轮发电机约200台300MW机组约300余台600MW机组约50余台16讲课主要内容1.为什么要执行反措–安全第一：反措来源、事故分析、可靠性分析–事故教训、经验总结–行政命令，特点是及时、约束力大和动态调整2.不执行反措的危害–同类事故的重复–用一些事故实例（氢爆、非全相、线棒磨损）说明3.怎样具体实施反措–几个重点问题的技术性讲解，是讲课的最主要内容17发电机定子绕组端部线棒绝缘磨损发电机故障实例1998年9月华北某厂500MW水氢氢型汽轮发电机定子励侧端部线棒多处主绝缘磨损漏铜空心铜导线也已磨出裂纹共有12处支架松动，22块绑块松动，8根线棒磨损18发电机定子绕组端部线棒绝缘磨损发电机故障实例事故直接原因是端部线棒绑扎工艺不良，绑线细，绑块棱角锋利，同时设计存在问题；该发电机励侧端部绕组可能存在100Hz频率的共振现象；在现场更换了全部定子线棒，局部更新了定子绕组端部的紧固系统，为此共停机118天19ThepartialofWornOutonBar2021定子线棒绝缘磨损问题受到短路冲击后的立即检查和运行半年至一年后的再次检查端部整体因冲击造成的松动，进行局部修复效果不理想松动脱落的环氧绝缘块造成线棒再次磨损新故障实例简介2223防止定子线棒绝缘磨损的措施绕组端部紧固系统设计和制造工艺问题汽轮发电机定子绕组端部结构采用新技术、新标准引进国外成熟的绕组轴向可以自由伸缩的柔性支撑结构颁布定子绕组端部固有频率和测量的行业标准24防止定子线棒绝缘磨损的措施加强预防性检修仔细检查发电机定子绕组端部的紧固情况查找是否有绝缘磨损的痕迹，尤其是发现有环氧泥时，借助内窥镜等工具进行检查25防止定子线棒绝缘磨损的措施加强预防性检修若发现定子绕组端部结构有松动现象，除重新紧固外，还应进行振动模态试验，确认固有频率是否已避开双倍频（100Hz）定期检查端部结构和进行模态试验端部结构随运行时间的劣化实例加装在线监视端部振动的设备26防止定子线棒绝缘磨损的措施开展状态检修监视发电机运行监视发电机定子绕组端部振动情况监视发电机振动的振幅把定期的模态试验和端部检查工作结合27防止定子线棒绝缘磨损的措施开展状态检修监视发电机运行监视发电机定子内冷水系统的漏氢情况应当对水箱中含氢量进行在线监测发电机在线监测漏氢浓度的装置28监视发电机定子内冷水系统的漏氢情况定子内冷水箱中有氢气逸出表明：可能线棒绝缘磨损水接头密封失效焊缝开焊绝缘引水管损伤等都可能引发相间或对地短路事故29发电机护环应力腐蚀发电机故障实例QFQS-200-2(50Mn18Cr4WN)2000年3月护环裂纹数长度(mm)深度(mm)励侧外表面713~285~8汽侧外表面2310~123~5汽侧内表面26励侧内表面13有些裂纹用肉眼可以直接看到30发电机护环应力腐蚀发电机故障实例汽、励两侧护环全部判废发电机机内湿度超标是护环应力腐蚀裂纹原因1987年以后对华北电网42台发电机护环进行了超声波检查和覆膜金相检查有应力腐蚀的护环占25.7%，因应力腐蚀裂纹而更换的护环占16.6%31防止发电机护环应力腐蚀的措施更换为18Mn18Cr钢护环发电机护环抗应力腐蚀优选钢材料该材料价格较高，而且只能靠进口32防止发电机护环应力腐蚀的措施降低发电机氢气湿度发电机内氢气湿度过高是50Mn18Cr4WN护环发生应力腐蚀裂纹的主要诱因降低氢气湿度的主要措施是：严格执行发电机有关标准：发电机内的氢气湿度用在露点温度表示时为-25℃~0℃防止向发电机内漏油保持发电机氢气干燥器运行良好33防止发电机护环应力腐蚀的措施发电机护环进行涂层保护专用于发电机护环的SCR型保护涂料涂料耐温、耐油、耐磨、耐湿热、耐盐雾性能和抗应力腐蚀附着力强、抗冲击性能良好、不影响超声波探伤、使用寿命长34转子绕组匝间短路或接地故障发电机事故实例投运不到两年的QFSN-300-2型汽轮发电机运行中发生转子绕组匝间短路接地故障检查发现汽侧护环下短路放电痕迹绝缘隔板表层炭化护环内壁上有一块黑色金属物的滴熔区35转子绕组匝间短路或接地故障发电机事故实例造成护环损伤密封环下密封瓦及转子轴颈因轴电流大面积烧伤转子大轴磁化，因此转子做退磁工作更换新护环事故抢修时间持续一个多月36转子绕组匝间短路或接地故障转子匝间短路故障原因分析制造质量不良是主要原因机内遗留异物的可能性比较大发电机运行中机内漏油现象严重37转子绕组匝间短路或接地故障转子匝间短路故障原因分析转子匝间短路故障是汽轮发电机常见故障轻微的故障可能仅是导致局部过热和振动增大严重的故障可发展为转子接地和大轴磁化随着调峰需求增加，发电机转子绕组匝间短路故障有上升趋势38转子绕组匝间短路或接地故障转子匝间短路故障的发现和处理•交流阻抗试验和直流电阻测量判断匝间短路灵敏度和准确度都不能满足需要•采用波形法、测量分包压降•运行中发生转子匝间短路的在线监测装置•运行中监视发电机有功和无功与转子电流的对应变化关系，以及振动是否有异常•已经确认存在匝间短路故障的发电机，查找故障点和检修39转子绕组匝间短路或接地故障防止转子匝间短路故障的措施提高设计、制造工艺等方面质量在制造、运输、安装及检修过程中防止有焊渣或金属屑等微小异物进入转子通风道内40发电机的安全运行与反事故措施转子绕组匝间短路或接地故障防止转子匝间短路故障的措施提高发电机密封油系统的制造和运行水平发电机进油是国产机组的常见缺陷主要是因为制造质量不良压差阀和平衡阀卡涩氢气泄露严重运行中的对策是保持氢气压力的稳定，避免低氢压下运行、避免回油不畅41定子铁心磨损、松动及铁心片间短路故障发电机故障实例两台QFQ-200-2型200MW汽轮发电机明显呈现铁心片松动、磨损、缺齿、磨损线棒现场拆除了全部线棒，更换边段铁心现场铁心叠压和重新下线避免返厂大修，否则除工期长外，运费是巨额开支42434445定子铁心故障原因分析运行中振动以及磁滞和涡流损耗造成的发热长期振动和发热的联合作用松动后造成齿部振动加大，铁齿疲劳断裂引发局部磨损、掉齿、片间短路局部铁心过热、局部烧损齿片磨损破坏线棒主绝缘短路放电大面积破坏线棒或铁心故障早期现象：油泥状异物，明显齿部松动另一种突发性的铁心故障：金属异物落入气隙46铁心故障的查找油泥状异物，经化验含有大量铁成分铁损试验，通过表面温度测量查找故障部位铁心故障探测以仪（ELCID）查找铁心故障方面与普通铁损试验方法比较47常规铁损试验计算需要的激磁电流红外技术应用、红外扫描准确找到定子齿顶表面过热故障点需要电源容量大齿深部故障不灵敏48ELCID试验优点：工作量较小，能耗低，试验时间较短缺点：必须有专用仪器、不能知道实际温升需要约4％的额定磁通磁探头沿槽扫描找到齿顶表面以及槽壁或槽底的片间短路点可以定位到槽深部49定子铁心的反事故措施及时发现铁心故障，及时消除防止故障扩大查找铁心表面颜色，有铁锈色异物、齿部松动异物化验，发现大量铁元素铁心损耗试验，铁心故障探测试验确定故障点及严重程度50调峰机组的问题•电网负荷峰谷差越来越大•在电网负荷低谷期部分发电机组少发或停机备用•发电机长期作调峰运行对设备和运行措施有一定要求51调峰机组的问题调峰运行对发电机部件的影响对定子绕组的影响1)频繁的起停造成了绝缘内部热应力循环2)并网时产生的周期性转矩和电流冲击3)绕组端部结构松动、磨损等会造成绕组端部振动特性的劣化52调峰机组的问题对转子绕组的影响1）汽轮发电机转子绕组变形转子线圈变形与下列几个情况有关：Ø转子线圈与转子本体温差大Ø转子线圈温升高Ø转子线圈温度越高则起动次数对铜导线收缩的影响越大；Ø与端部的形式和固定的结构有关；Ø与铜导线的机械强度有关，含银铜线解决绕组变形问题53调峰机组的问题对转子绕组的影响2）铜粉尘问题3）绕组极间连线疲劳断裂54调峰机组的问题对转子齿、槽楔、护环及风扇叶的影响低周疲劳可造成转子金属结构件上裂纹的产生和扩大T形齿问题，在齿顶部容易产生危险的裂纹55调峰机组的问题对转子大轴寿命的影响发电机频繁起停机，转子反复通过临界转速，轴振动的冲击两班制运行时，发电机因频繁并网，转矩冲击使轴系造成疲劳积累转子大轴上会产生低周脉动应力两班制运行时，发电机经常长时间低速盘车备用起/停机运行时，油温不得下降过快。56调峰机组的问题对发电机相关辅助设备和辅机系统的影响电动机的频繁起动导致电动机过早损坏。开关频繁动作时产生的冲击过电压发电机作深度调峰的负荷循环运行时，部分电动停机备用开关要相应频繁操作，触头、联动机构