赵 绪 （大唐国际发电股份有限公司张家口发电厂 河北 张家口 075133）
【摘 要】 结合张家口发电厂2号发电机增容改造后频繁出现定子绕组端部振动的实际情况，简要介绍了发电机定子绕组改造工作的施工方案及工艺流程。
【关键词】 发电机 定子绕组 振动 定子改造
中图分类号： Ｇ71 文献标识码： Ａ文章编号：ISSN1004-1621（2015）10-012-03
一、概述
大型汽轮发电机定子绕组端部振动是设计、制造和运行中不可忽略的问题，振动过大会引起发电机故障。机组在稳态运行时，定子绕组端部主要承受绕组中的电流与漏磁通之间的相互作用力和定子铁心承受转子磁拉力引起的两倍系统频率的振动两种交变载荷，而定子线棒固定在铁心槽内，转子磁拉力引起的两倍系统频率的振动主要作用在定子绕组端部。所以，发电机定子绕组端部承受的电磁力高于定子绕组槽内部分，同时，绕组端部还要承受出口或内部短路时巨大的瞬态电磁力。而且随着发电机的增容改造，定子绕组端部受到的两倍频电磁力随之增大。致使我厂2号发电机定子绕组端部出现多处局部松动，振动加大现象（2015年1月12日，机组负荷315MW,励侧振动最大值为392um）。且自2013年7月至今，经过多次的局部处理，均未能彻底消除端部绕组松动隐患。
二、项目提出的背景
张家口发电厂2号发电机由东方电机厂1989年5月生产，机组1991年投运，额定功率300MW；额定电压 18000V；冷却方式水氢氢。 2008年初完成增容改造，2009年12月更换设备铭牌及型号，设备型号：QFSN—320—2—18；额定功率320MW。
2013年7月18日2号发电机在运行中发生定子绕组漏水被迫停机故障，停机检查发现励侧B相上层20号线棒漏水损坏和端部环形引线及过渡引线夹件全部松动缺陷。（2002年8月30日发电机39号上层线棒也曾发生漏水损坏事故）。2013年10月大修时更换损坏线棒，检查定子绕组端部固定情况，处理了环形引线、过渡引线的绑绳和夹板螺栓松动缺陷。随后在以后的每次机组停机时都对两侧端部松动情况进行重点检查处理，但每次检查中都发现绕组端部有不同程度磨损问题，目前2号发电机绕组端部磨损问题已成为我厂发电设备最大安全隐患。
（一）机组近年发现的问题及处理情况：
1、2013年7月18日00:09:47分，2号机立盘“发电机定子冷却水流量低”报警，检查DCS画面定冷水流量、端部引线流量摆动。检查定冷水箱和6.5米定子（励侧）放空气门，水中间断有大量气泡，含氢量超标4%以上，确定发电机定子绕组内冷水路机内部有漏点。2号机组停机，进行发电机检修工作。打开汽、励侧人孔进入发电机检查，发现励侧5点钟位置有一环形引线夹板的1件螺栓振动脱落，夹板脱落一端与绝缘引水管搭接，将绝缘引水管磨漏。（另检查发现环形引线夹板，共计15组及三相过渡引线夹板全部松动，做紧固处理；励端2点和3点方向铁心定位筋螺母旁边有少量黑色物质。发电机内冷水系统放水，对磨漏的的绝缘引水管进行更换。随后进行水压试验检查，该件绝缘引水管接头处无渗漏，但励侧端部2、4点方向有漏水，具体位置不清，拆除励侧上端盖检查。定子绕组再次通水检查，发现励侧端部3点钟位置B相Y2引线（上层）绑绳左侧部位渗水，拆除Y2线圈引线外绝缘，发现渗水从线圈内部流出，确定B相绕组第20槽上层线圈漏水。拆除汽侧上端盖，找出20号上层线圈汽端所在位置，拆除端部绝缘盒，焊开线圈两端空心铜线接头，将8根空心导线从并接头中拆出，通水打压查出1根空心导线漏水。对漏水空心导线两端进行封焊，作为实芯导线使用，0.3MP水压试验合格后，恢复干燥线圈外绝缘，电气试验全部合格。发电机恢复运行。
2、2013年 10月3 日机组大修，更换B相20号槽上层漏水线棒，更换过渡引线线夹件、螺丝并紧固和更换环形引线夹件及螺丝并紧固。
3、2014年 1月26 日，机组停备。由人孔进入发电机检查，发现励侧端部夹件螺丝松动及汇水管夹件松动，对松动的螺丝进行紧固处理。
4、2014年8月30日，机组环保改造检修：
1)对发电机20号线棒松动的定子槽楔全部退出重新增加垫条打紧；
2)处理发电机定子铁芯松动缺陷，将发电机定子铁芯穿芯螺丝全部按标准用液压扳手紧固；
电位外移试验发现励侧端部12号线棒绝缘盒放电，泄露电压为10000v，剔除绑绳重新更换绝缘盒及手包绝缘，干燥后试验合格。
4)发电机环形引线部分绝缘夹件螺丝及端部部分绑绳松动缺陷进行加固处理；
5）发电机漏氢治理：更换发电机中性点、出线套管密封垫；定子线棒水压试验，检查发现汽测10点钟方向引水管接头渗水；
6）安装发电机定子绕组端部振动装置在线分析系统，在发电机汽励侧绕组端部加装9 个光纤传感器测点（汽测3个、励侧6个）经法兰引出至控制室。对机组运行中端部振动情况进行分析。
2号发电机振动测点布置图：
5、2015年 2月13 日，机组停备。拆上端盖检查，处理了下部多处环形引线绑绳及夹件磨损，绝缘支架螺丝松动。
三、发电机定子改造势在必行
2013年7月至今2号发电机，经过多次的局部处理，都未能彻底消除隐患，通过安装在发电机绕组端部在线振动装置和停备检查情况分析，绝缘绑绳及夹件松动、磨损情况日趋严重。2号发电机主要问题为：发电机汽励侧定子铁芯穿芯螺丝松动；定子线圈端部松动（端部绑绳及间隔块绑绳松动；环形引线夹件螺丝、绑绳磨损松动；端部绝缘支架螺丝松动；汽励侧汇水管绝缘夹件螺丝松动；发电机漏氢等问题。针对2号发电机绕组端部松动问题进行研究分析，主要的端部绝缘支架和环形夹件螺丝松动情况无法从根本解决，只能拆除全部线棒及环形引线，重新对绕组端部支架、环形引线支架螺丝更换加固，再对线棒端部整体重新绑扎，最后进行整体烘焙固化。同时为解决发电机内部漏氢问题，将内部汽励侧绝缘引水管法兰移除，并更换为自密封填充式新型出线绝缘套管。
通过2号发电机安装的定子绕组端部振动在线分析装置分析结果和趋势比较，振动状况逐步加剧，最高振动峰值已达到一级报警值250 um，励侧端部AV3测点接近停机检查处理限值400 um。
1）励侧端部径向振动AV2、励侧端部径向振动AV3和汽侧端部径向振动AV2一级报警，励侧端部径向振动AV2接近一级报警。
2）励侧端部径向振动AV3 100Hz振动为392um，应重点监视；
下表为2014年11月和2015年1月，负荷为316MW时的端部振动数据比较
四、发电机定子改造施工方案
1、拆除所有定子线圈，更换或修复损坏的定子线圈，并更换新线圈53只。
2、进行定位筋螺母松动检查，把紧定位筋螺母，并更换损坏的螺母锁片。进行定子铁芯检查并按现场情况制定方案进行处理。
3、更换汇流管固定锁片，并根据现场情况进行出水法兰改造。
4、更换全台份定子槽内固定（包括槽楔垫条、层间垫条、层间测温元件改为两线制PT100、槽楔、气隙隔板、波纹垫条、槽口块）。
5、更换三通接头，更换绝缘盒。
6、定子端部重新绑扎，沿用原设计（层间斜楔结构），更换绑环（外绑环外径增大）、层间垫块（即斜楔）、间隔垫块、绝缘支架、绝缘支架把合螺栓、铜支架把合螺栓（1/4台份）、垫圈等。
7、更换全台份绝缘引水管、锥形垫圈、出水测温元件（两线制PT100）。
8、将原环形引线和过渡引线进行检查，检修，并进行相关电气试验。更换环形引线固定件（螺栓、螺母、锁片及绝缘压板），过渡引线固定件。
9、更换软连接线，软连接采用手包绝缘方式。
10、更换全台份出线套管（6只）。
11、更换气隙隔板。
12、线圈及出线部分的水路试验，电气试验工作。
五、发电机定子改造施工工艺
1、用浸水石棉布保护好定子线圈端部、定子引线端部及绝缘支架等，用加热板加热拆出拆除绝缘盒，铲除环氧泥，拆下绝缘引水管，用胶布封堵水路接头，注意不得有异物落入。
2、铲断上层线棒端部及环形引线固定绑绳，注意保护定子线圈及环形引线的主绝缘。铲掉环形引线连接块处绝缘，取下连接块把合螺栓。接通气焊枪，烤开线棒的水、电路，取下三通水接头。
3、拆出环形引线夹板，取下环形引线。用锯片刀去除环形引线绝缘，去除时应小心操作注意不要碰伤引线铜管。按要求对引线进行绝缘检查，适绝缘情况对引线进行修理。
4、铲断端头槽楔上的绑绳，退出端头槽楔、定子槽楔。
5、抬出上层线圈，取出层间测温垫条、层间垫条，抬出时要小心操作，防止损伤线圈主绝缘及防晕层。
6、铲断下层线圈全部绑绳，抬出下层线棒，取出槽底垫条。
7、拆下绝缘支架固定螺栓，取出绝缘支架和绑环。把紧定位筋螺母，检查汇流管夹板紧固情况，重新装夹板把紧螺母固定汇流管，螺纹处涂锁固胶。
8、清理修复拆出的定子线圈，修复后进行水压及电气试验。
9、全面清理定子下线槽及铁心表面，槽内喷半导体漆。
10、铁损试验。
11、逐个更换支架与压圈的固定螺栓，装入时螺栓涂螺纹锁固胶。回装绝缘支架，调整绝缘支架位置满足图纸要求，预装绑环调整与铁芯内圆同心，把紧绝缘支架固定螺栓，螺纹处涂锁固胶，装绑环，用浸胶绑绳绑扎固定，复查绝缘支架与绑环位置。
12、放槽底垫条，在绑环、绝缘支架上铺适形毛毡，用玻璃丝带临时固定，嵌入下层线圈，用下线木件将线圈固定在槽内。打入扩大槽侧斜楔和侧面垫片，调整线圈端部间隙，装入端部间隔块，用浸胶绑绳进行端部绑扎。打槽口块，并按图纸绑扎。
13、装热烘篷布，加热保温使端部固化，热烘后检查定位筋螺母是否有松动。
14、下层线圈电气试验，下层端部喷红瓷漆。
15、装端部层间垫块，放层间垫条及层间测温垫条，上层线圈下线，用木件临时固定，测温垫条装入前检查元件绝缘电阻及电阻值。
16、打入扩大槽斜楔和侧面垫片，调整线圈端部间隙，装入端部间隔块，用浸胶绑绳进行端部绑扎。打槽口块，并按图纸绑扎固定。装热烘篷布，加热保温使端部固化。按图纸要求装楔下垫条，气隙隔板，打入定子槽楔，用敲击法检查槽楔紧度情况。
17、定子电气试验。
18、清理线圈鼻端铜线，用木榔头敲打平整使上下层对齐，钎焊上下层线圈实心铜线，然后用酒精清理干净水路三通接头，钎焊线圈水路，焊后砂去表面氧化层，用木榔头整形。
19、回装环形引线，连接块处使用工具夹板定位，调整好环形引线与线圈水路接头处位置，装环形引线固定夹板，垫适形毛毡绑扎固定。钎焊环形引线与线圈鼻端水电路。
20、测量三相直流电阻。
21、按图纸要求装绝缘水管，接头处垫锥形垫圈。
22、定子水路流量水压试验。
23、线圈鼻端进行局部泄露电流试验。
24、按图纸要求包绝缘，配环氧腻子，装端部绝缘盒。
25、装端头槽楔，端部大绑，热烘固化。
26、全台电气试验，端部激振试验。
27、定子端部喷漆。
六、结束语
发电机端部结构松动问题，是一个全面的系统工程，涉及设计、安装、运行、维护、检修等各个方面，必须共同努力，才能有效消除发电机端部松动的缺陷，降低对发电机安全运行的危害。在维护与检修过程中，应把发电机端部绕组固定的检查列为重点检查项目，发现螺丝松动，固定、支撑部件磨损等现象应采取处理措施，必要时通过加装发电机端部绕组在线监测装置监测发电机端部的振动幅值来决定是否可继续运行，是否需要处理及何时进行处理。在发电机运行时，要增强系统的可靠性，减少系统的故障率，加强对机组的调节，减少非同期并网等异常情况；另外，应提高发电机及系统保护的可靠性，缩短故障的延迟时间，从而减少异常电磁冲击力对发电机端部结构的损坏。
参考资料：
尹峰.《发电机端部线棒振动原因分析及处理》.2004
东方电机厂QFSN-300-2型发电机出厂材料
GB/T 20140- 2006 《透平型发电机定子绕组端部动态特性和振动试验方法及评定》
论文作者:赵绪
论文发表刊物:《科学教育前沿》2015年第10期
论文发表时间:2016/4/5
标签：定子论文; 发电机论文; 引线论文; 绕组论文; 线圈论文; 环形论文; 支架论文; 《科学教育前沿》2015年第10期论文;