300MW汽轮发电机定子绝缘故障原因分析及现场处理措施

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张家口热电厂1号发电机为哈尔滨电机厂生产的QFSN-300-2型汽轮发电机,额定电压20kV,额定电流10190A,额定功率300MW,额定转速3000r/min,频率50Hz,冷却方式为水-氢-氢,F级绝缘,生产日期为2008年12月,于2009年12月投产。定子铁芯由高导磁、低比损耗的无取向冷扎硅钢板冲制的扇形片叠压而成,每张冲片的两面均涂绝缘漆处理过。铁芯通过18根定位筋固定在机座上,两端通过无磁性压指及压圈紧固成整体,以确保压紧铁芯。铁芯沿轴向分成64段,每段铁芯间形成约8mm的径向通风沟。定子端部边段铁芯长约40mm,且在齿部呈阶梯型,以增加漏磁阻,避免轴向磁通在齿端过于集中。同时在两端压圈外侧用特制的铜屏蔽板覆盖,以减小端部铁芯的损耗和发热量,满足发电机进相运行要求。

300MW汽轮发电机定子绝缘故障原因分析及现场处理措施

1  故障排查

2017年12月27日,1号发电机组运行中发变组保护A柜(南瑞继保RCS-985A)、B柜(国电南自DGT-801B)定子接地保护同时动作跳闸,厂用电源切换至启备变,1号机组解列停机。从动作数据看,相电压,明显低于正常值,同时保护A、B屏发电机中性点电压均大于定子接地灵敏段定值,因此初步判断故障相为A相。

(1)立即组织对发电机机端PT进行直阻、绝缘、空载电流、交流耐压试验检查,未发现异常。

(2)拆开发电机出口及中性点软连接,使用5000V兆欧表对发电机封闭母线、主变低压侧、高厂变高压侧、励磁变一次回路加压进行绝缘试验,绝缘电阻为5000MΩ,排除发电机外部故障。

(3)使用发电机水内冷专用兆欧表对发电机定子绕组加压2500V进行绝缘试验,未发现异常。

(4)使用直流高压发生器(型号ZKZN-60kV/200mA)对发电机定子绕组进行直流耐压及泄漏电流试验,如表1所示,B、C相合格,A相升压至13.5 kV时放电,判断为发电机A相故障。

(5)发电机退氢并拆除汽侧、励侧上端盖及内端盖后,对发电机A相进行直流电压冲击试验,发电机汽侧接近12点钟方向有放电现象,如图1所示,判断此处为故障点。



2  检查结果

(1)发电机抽转子解体后检查发现,汽侧12点钟方向定子#34和#35槽的汽端边段铁芯存在松动和断齿现象,#34、#35槽铁芯未退槽楔前如图2所示。



(2)发电机汽侧另有#22、#47、#49、#53槽4处汽端边段铁芯有过热、松动现象,如图3所示。



(3)发电机励侧11点钟方向发现一条引线压板夹件螺栓松动,如图4所示。



(4)拆除故障#35槽上层线棒后检查发现,#35槽上层线棒与汽侧#35槽边段铁芯接触面处绝缘磨损,导致线棒击穿接地,如图5所示。



3  原因分析

汽轮发电机定子线圈接地主要原因是由于定子边端铁芯叠片松动所致。发电机运行中定子铁芯承受温度变化的热应力、电磁转矩和双倍频率的椭圆震动。在端部铁芯齿上,由于漏磁的轴向拉力,引起轴向震动。

铁芯震动还会损坏叠片绝缘;铁芯局部过热会使叠片绝缘过早老化;由于其他零件进入气隙,磨坏铁芯内圆,均会引起叠片的片间短路。片间绝缘损坏后,致使端部铁芯的涡流损耗进一步增加,使齿部温升更高,当达到一定程度时,铁芯片间绝缘将全部损坏,最后造成片间烧熔短路,甚至烧坏相邻线棒的绝缘。

有的铁芯在运行一段时间后,铁芯齿部松动,甚至端部铁芯的齿部折断。铁芯震动和齿部折断,碎片在交变电磁力和通风作用下,可能会飞起打坏绝缘或被夹在铁芯齿部与线棒之间上下震动,将定子线棒锯出一道窄槽,最终将线圈绝缘磨损而接地。

一般说来,铁芯损坏和发电机设计,特别是与铁芯制造有关。


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