发电机增容改造发生的问题及消除措施
本文简要分析了某厂发电机组在增容改造后发现定子线圈泄漏电流不平衡、端部磨损严重、转子槽楔松动、发电机轴瓦发生电腐蚀等现象；对发电机定子绝缘引水管清理、端部进行绑扎加固；转子在槽楔下面加绝缘垫，重新打紧槽楔处理过程进行了简析，使发电机组异常现象消除。
0.引言
快速的国民经济发展，进一步拉大了供电需求缺口。为了缓解供电紧张局面，在电力系统厂网分开以前、以及五大发电公司成立以后，相当一部分发电厂为了减缓新机组建设周期长、任务重、资金调配困难等，纷纷利用机组大修的机会，对上海电机厂、北重、东方电机、和哈电机出品的（50）120MW、125 MW、200 MW和300 MW等发电机组增容改造，实现了周期短、见效快、经济显著的效果。从目前的技术媒体来看，增容改造大多是基本成功的。但也遇到了一些问题，有的是现场工艺条件制约而发生的，也有是施工和改造方案论证缺乏依据而导致的，个别是施工管理缺失的结果。笔者，结合某发电厂机组改造后发生的几个问题进行简析，希望读者在以后的设备改造中科学处理类似问题，使我们在机组增容改造后能够安全运行。
1．发电机转子进水短轴断裂
1.1 异常现象
2005年2月4日13时50分，值班员检查发现3号机发电机转子冷却水进水支座盘根漏水大，联系汽机检修人员进行处理，14时45分 ～14时55分 盘根漏水量增大，16时15分～17时20分经汽机检修调整（紧盘根），漏水量有所减小，18时05分 3号机发电机转子冷却水进水支座盘根漏水增大，至18时30分 漏水量很大，19时20分 3号机组做滑停准备， 2月5日00时30分发电机解列、打闸。
1.2 解体检查
汽机检修人员对进水支座解体，发现转子进水短轴断裂、盘根正常。本次断裂的短轴是2000年度发电机大修改造时更换，上海电机厂产品。根据《设备分工制度》第十二条规定：该进水短轴由电气专业负责上报材料计划、领料，交汽机专业安装。汽机专业负责短轴的调整、加工、更换，并维护转子进水支座盘根。2004年度大修和2005年1月抢修期间对短轴的检查维护情况进行分析：短轴拆除后外观检查无异常，轴颈磨损较轻，可以重复使用。短轴安装后，测轴头晃动40μm，<50μm要求，安装、调整无异常。2005年1月抢修期间更换2道进水支座盘根。2月4日，漏水事件发生后，解体检查盘根无异常。专业技术人员详细检查了短轴断裂和断口情况，金相中心从金属断口初步判断为疲劳性断口，并非一次性断裂，设备损坏有一个发展过程，最终导致断裂事件发生（2月6日，金相中心光谱检测结果：焊接法兰的法兰盘为碳钢，轴体为高铬不锈钢材质）。从短轴断口和断口处的焊接夹砂情况分析，经讨论初步认定：进水断轴断裂原因为材质和焊接法兰的焊接工艺不良造成，存在焊接缺陷，该缺陷在长期交变应力作用下发生疲劳断裂
1. 3消除措施
该进水短轴器件不大，但与主设备发电机转子直接连接，对发电机组的安全运行有直接影响，各专业应充分重视停机事件，举一反三，做好类似设备的金属监督和检查维护工作。要对水内冷机组的转子进水短轴在大修期间应进行金属探伤，小修期间也应将其做为检查、维护项目。防止发生类似事件。联系上海电机厂对该断轴断裂进行深入分析，查询短轴加工、焊接情况和材质情况。对该事间进一步分析和采取预防措施。
2 发电机泄漏电流严重不平衡，
2.1 异常现象
2005年2月份某发电厂QFS—137.5型（改造前QFS—125—2型）#D机组小修，发电机泄漏电流和直流耐压试验时发现3相泄漏电流严重不平衡，A相较其它两相高400%以上，并且在1分钟的加压时间内A相泄漏电流由60微安陡增到91微安，与历年数据比较，A相泄漏电流有较大的增长。根据试验现象分析，各相泄漏电流相差较大，泄漏电流随加压时间增加而升高。但是，充电现象仍然正常。初步分析，缺陷部位应该存在于绕组端部：有赃物或高阻性缺陷。打开端盖后检查发现：A相绝缘引水管内壁有结垢脏污（A相汇水管内清理出约有1mm3左右黑色粉沫不明物）现象，较其它两相严重，将绝缘引水管拆除清理，做定子绕组泄漏电流和直流耐压试验，3相泄漏电流均小于15微安，与历年数据相比无明显变化，缺陷消除。)
2.2原因分析,
发电机定子绝缘引水管内壁有结垢后，取样经化学分析主要成分为铜的化合物，是发电机定子空心铜管腐蚀的产物；或者是发电机机组改造线圈更换时，接头铜焊渣未完全清理干净的结果。根据运行纪录，该机在停机前，化学水质分析表明铜离子含量超标。经常在每升100微克以上。发电机冷水箱上盖未封闭，双冷水直接与大气接触，氧气进入定子空心铜管。
2.3防范措施
1、每次发电机大修后、开机前定子水系统应使用除盐水进行带压力反复水（反）冲洗，直到排水清澈无颗粒，电导率达到合格要求。2、发电机正常运行期间连续运行时间超过2个月后，遇有停机或解列机会时，对发电机定、转子冷却水系统进行反冲洗。3、完善发电机整个冷却水系统，应尽可能使其密闭循环；运行中水质含铜量高，绝缘引水管内壁结垢脏污后主要成分为铜，是因为水路不密闭，长期氧化腐蚀铜管导致。4、加强运行中水质监空，内冷水质应按照汽轮机运行规程执行。
3.#8发电机励侧轴瓦发生电腐蚀现象：
3.1异常现象
某发电厂#8发电机由于轴电压放电造成励侧轴瓦有电腐蚀现象。在改造后的一次小修期间，对其轴电压和轴瓦对地绝缘进行了测量，在进行励侧轴瓦对地绝缘电阻测量时，发现绝缘电阻为零，呈短路接地状态。机组并网后测得油膜电压为3.2V，轴电压基本上由油膜承担。虽然电压不高，但是，一旦油膜击穿，发生放电，可能会使润滑、冷却的油质逐渐劣化，严重的会使轴瓦烧坏，造成停机事故。检查发现励侧轴瓦上部及侧面安装有温度和振动传感器。
3.2 消除方法
1、对轴瓦绝缘进行处理，对凡有可能出现接地的部位：如各种传感器接线外护套进行仔细检查，对轴承定位销和螺栓的绝缘套筒表面油污等进行清理。2、机组改造要保证轴承座绝缘垫的“环氧板—金属片—环氧板”结构。在每次大修结束，轴承座油管安装后、未穿转子前，应使用1000V兆欧表测量轴承座对地绝缘电阻，其值不小于0.5兆欧，对小修后及运行中转子在膛内的情况，应测量环氧板中金属片的绝缘进行检查，运行中可采用万用表测量轴承座对地绝缘电阻，不应有明显的金属性接地。3、对轴瓦安装传感器等其它工作要注意安装部件对地的绝缘情况。
4.定子端部线棒磨损较严重, 转子槽楔松动较多；
4.1 异常现象
4.1.1某发电厂安装的#1发电机为东方电机厂生产水、氢、氢冷发电机组，发电机型号为QFSN-200-2型。 1978年出厂， 1981年12月投产。 1983年元月发生发电机定子线棒端部烧坏事故，当时在现场进行更换发电机定子线棒处理；在1998年10月，对该台发电机进行的增容改造工作，使发电机额定容量由200MW增加到220MW；
A、发电机增容改造工作后，初次小修检查发现，定子铁芯压圈紧固螺栓（每侧18颗，共36颗）松动，金属夹板与绝缘夹板连接处松动现象。
B、 2001年11月份发电机小修检查中发现，发电机定子端部引出线与固定绝缘夹板间有3处有明显的磨损现象，有灰色的绝缘泥出现；当时研究后决定，将3处出现松动磨损的绝缘夹板拆下进行清理，在垫块间加垫适形涤纶垫，并刷环氧树脂胶进行固化处理。 |
C、2002年10月＃1发电机大修检查中发现：1、汽轮机端定子、定子铁芯定位筋螺栓螺帽有3处松动（M64），部位是：1点半钟，7点钟，10点钟。励磁机端过桥线绝缘支架压板螺帽约有1/4松动，在#51、#48、#45、#42线棒部位，用手可以拧松螺帽。过桥线绝缘支架与过桥引线相互磨损严重。在#14、#17线棒部位（即靠近3点钟），磨损呈青灰色油浆流出。检查发电机转子发现：转子槽楔松动多，共有52块（总数416块）的槽楔明显松动（用手能推动），转子表面部分漆层有过热脱落现象
4.2 原因分析
4.2.1经过分析认为，发电机长期运行，定子铁芯压圈紧固螺栓松动，是运行中发电机铁芯压圈振动磨损所引起的；发电机端部整体绑扎紧固系统不够，因为＃1发电机在增容改造后，发电机容量上升了10%，其端部线圈所受电动力上升约20%左右。发电机端部绑扎紧固情况没有进行改造。
发电机定子端部线棒可能存在固有频率接近100Hz 的现象，发电机运行中可能产生共振现象，引起发电机定子线棒端部与绝缘夹板磨损现象。
发电机转子槽楔松动是由于在上次发电机增容改造时，发电机转子线棒全部拆下进行清理，重新下线，槽楔当时进行打紧，在运行一阶段后，线棒受力和发电机端部线圈共振等综合作用下，使槽楔出现松动现象。也有可能引起匝间绝缘垫条、楔下调节垫条窜动而导致风孔堵塞事故，影响发电机转子线棒散热。
.
4.3处理措施
定子部分
4.3.1 在电机制造厂等专家的指导下，将金属夹板与绝缘夹板连接螺栓紧固，用1000kg/m的气动扳手从汽侧将铁芯压圈螺栓紧固，紧固程度达1/4～1/2周；励侧铁芯压圈螺栓用大锤紧固处理。
4.3.2 决定对＃1发电机进行定子绕组端部振形模态试验检查。本次试验采用锤击法对发电机端部绕组进行激振，测量输入力信号和输出加速度响应信号。用CRAS模态分析软件对信号进行数据采集，求出各测点的传递函数，然后进行模态分析，求出固有频率、振形和阻尼等模态参数。
测试结果发现：在励磁机端发电机定子绕组端部（#10～～#19）线棒对应的引线部位（1点半到3点钟位置）存在有100Hz的固有频率，同时对励磁机发电机定子绕组端部进行了整体振形模态试验分析，认为在100Hz频率附近没有出现椭圆振形对应的固有频率，说明发生的故障是由发电机定子绕组端部局部振动造成的。
发电机励磁机侧定子绕组端部引线的固有频率表
固有频率（Hz）
引线位置
径向轴向切向
1点半钟（＃10线棒）
100.0106.092.0
3点钟（＃19线棒）"
98.597.5101.0
4.3.3 找出引起发电机端部绕组振动的原因后，决定对发电机定子绕组端部进行加绑紧固，特别是＃10线棒～＃19线棒所对端部绕组引出线部位进行加绑紧固，以提高发电机定子端部绕组的刚度，增加端部绕组的固有频率，对磨损的部位进行拆开检查清理，在绝缘支架与过桥引出线之间增加了绝缘材料适形涤纶毛毡垫片，以减少绝缘支架与过桥引出线之间的相互磨擦，对松动的紧固螺栓重新进行紧固，更换保险垫片处理。发电机转子槽楔全部退出清理，加绝缘垫重新打紧处理。
具体处理情况如下：1、对发电机定子端部进行绑扎加固；定子励励磁机端和汽轮机端引线夹板、绝缘支架把合螺栓有松动现象，已全面重新把紧，同时在螺母与螺栓之间滴入#290厌氧胶，将螺母锁牢。2、将松动的夹板拆开清理。检查线棒受伤情况，在绝缘夹板与引线之间垫绝缘涤纶适形毡，并用ф5涤玻绳绑扎加固，刷环氧树脂胶固化处理。3、发电机定子励磁机侧的端部线棒的左右上方45°处引线、右侧水平位置引线和顶部引线，用ф20涤玻绳将前后两根引线加绑各3处（共6处），并刷环氧树脂胶固化处理，使引线的固有频率上升到120Hz左右。4、发电机定子汽轮机端端部线棒绝缘盒在左、右、上、下四位置，用ф20涤玻绳加绑，并刷环氧树脂胶固化处理，提高整个端部的刚度，使固有频率远离100Hz。
4.3.4 对发电机定子绕组端部进行处理后，再次进行了激振试验，试验数据如下：
表2:汽轮机端、励磁机端定子绕组端部椭圆振型对应的固有频率和阻尼 表2
绕组端部固有频率（Hz）阻尼
汽轮机端119.460.0305
励磁机端89.560.0142
表3：发电机定子绕组端部引出线的固有频率
固有频率
引出线位置（Hz）
径向轴向切向
1点半钟（＃10线棒）
处理前测试值$
100.0106.092.0
1点半钟（＃10线棒）位置处理后测试值
116.0114.5119.5
3点钟（＃19线棒）
处理前测试值
98.597.5101.0
3点钟（＃19线棒）位置
处理后测试值
115.5115.0116.5
4点半钟（＃28线棒）位置
77.578.584.0
7点半钟（＃37线棒）位置
92.089.592.5
9点钟（＃46线棒）位置
93.492.093.2
10点半钟（＃1线棒）位置
93.791.276.3
表4:绝缘支架与发电机定子绕组引出线之间的固有频率Hz
测点切向
绝缘支架＃190.0、150.0、201.3
＃267.5、161.3、192.5
＃3142.5、168.8
＃4138.8、265.0
测点轴向径向
过桥引出线＃185.5
116.585.5
135.5
＃285.0
149.089.0
134.0
＃365.5
121.092.5
129.5
＃462.5
120.087.5
129.5
从上述测试数据可以看出：在经过处理之后的＃10、＃19线棒对应的定子绕组引出线固有频率提高了10%以上，达到了避开发电机电磁振动频率100Hz的目的，满足部颁行业标准规定的要求。
其中，励磁机端定子绕组端部整体椭圆对应的固有频率为89.56Hz；汽轮机端定子绕组端部整体椭圆对应的固有频率为119.46Hz。＃1发电机定子绕组端部经过处理后，固有频率有所提高，定子端部引线固有频率和定子绕组端部整体椭圆振型对应的固有频率使其远远避开94Hz～115Hz的危险值，因此＃1发电机定子绕组端部能满足安全稳定运行要求。
转子部分缺陷处理情况：
3.3.5 在楔下绝缘垫条与铜线之间加入调节垫条，重新打入铝槽楔和励端铜槽楔。调节垫条的厚度为0.3～3mm，视铝槽楔的松紧而定。
槽楔紧度按如下原则执行：A、楔推不动，木榔头敲不动。B、端部的铜槽楔用小锤敲击，实响声段≥1/3全长。C、第3、第7两风区的铝槽楔，用小锤敲击，实响声段≥1/3全长。D、同一槽内第2～第8风区之间，有两根以上的铝槽楔，实响声段≥1/3全长，而且这两根铝槽楔又不连续，免得全槽槽楔向一端窜动。.
4.3.6 预防措施：
在发电机运行过程中，应多注意观察发电机的运行状况和振动情况，有问题应及时分析处理。在每次发电机检修工作中，应进入发电机内部检查定子端部线棒的绑扎紧固情况，是否有磨损现象。在发电机大修工作中，都应对发电机进行定子绕组端部振型模态试验，发现有不合格的点，及时处理。对已运行时间长的机组，在有可能的情况下，加装在线振动监视仪，对发电机端部进行在线监视。!
结论
发电机是发电厂生产设备的核心组成部分，牵扯到发电机本体部位的任何地方进行改造，必须经过充分的理论论证和实践收资，线圈、铁芯和绝缘改造固然要慎重，其它辅助回路改进和安装同样要认真进行，通过每年的电机年会和大机组年会获悉，电机改造过程中发生的问题还很多，这就要求技术管理工作者不断提高认识，加强交流与学习，开拓视野以提高设备改造水平，在个别情况下必须与电机制造厂进行充分的交流，对设备改造和更换取得必要的技术支持，以确保增容改造成功。
| 公司名称： | 湘潭电机修理厂(湘潭电机维修中心) |
| 联 系 人： | 胡经理 |
| 联系电话： | 0731-58626841 |
| 手 机： | 13367420761 |
| 公司邮箱： | 2547364023@QQ.COM |
| 公司网址： | http://www.13367420761.com/ |
