近期水轮发电机发电电动机 发生的设备问题事故剖析

近期水轮发电机/发电电动机设备问题剖析主题1机组过速/甩负荷振摆恶化•周宁水轮发电机•瑞丽江水轮发电机2定子温升偏高•景洪水轮发电机3定子铁心磁化试验产生强烈振动和噪声•小湾水轮发电机4定子铁心烧损•宝泉发电电动机5磁极结构特点及其设计要求6磁极线圈甩出引发扫膛事故•水布垭水轮发电机•惠州发电电动机•西龙池发电电动机7结束语交流内容1机组过速/甩负荷振摆恶化1.1周宁水轮发电机1.1.1主要技术数据SN/PN=139/125MVA/MW结构型式：上、下导，立轴悬式UN=15.75kV上机架径向支撑结构：6个径向千斤顶COS∮N=0.9装机台数：2nN=428.6r/min首台机投运年份：2004nr=707r/min周宁发电机总装配图分析表明，排除机组转动部分共振的可能性（厂家轴系稳定性计算满足要求）多次超速动平衡配重试验解决无效进一步分析认为，转速达到140%nN时上机架和定子机座系统出现明显的共振现象，应分析其固有频率和振型ANSYS有限元软件计算结果：1阶固有频率为10.158Hz机组过速达1.4nN时频率（过速转频）为1.4×428.6/60=10Hz结论：机组过速产生强烈振动是轴系转动激励引发上机架和定子机座系统的1阶模态共振造成的。振型为水平摆动。甩满负荷时转速上导轴摆度μm下导轴摆度μm水导轴摆度μm上机架水平振动μm定子机座水平振动μm132.3%nN64644119614036531.1.2机组甩满负荷时各部位振摆幅值1.1.3过速产生强烈振动原因分析1.1.4治理方案/对策提高上机架和定子机座联合单元的1阶固有频率要求：额定转频（7.143Hz）~飞逸转频（11.783Hz）1阶固有频率2倍额定转频（14.287Hz）。治理方案：在原有6个千斤顶正上方500mm处，增设结构相同的6个千斤顶，对应的机坑混凝土内壁上安装基础钢板。实现1阶固有频率目标值约为13Hz经调保计算复核后决定：电气和机械过速保护整定值分别由143%nN→138%nN和150nN→143nN1.1.5应用效果2台机的治理达到了预期效果，见下表机组状况负荷情况MW上机架水平振动μm下机架水平振动μm定子机座水平振动μm上机架垂直振动μm下机架垂直振动μm治理前122~12525~45（29~35）21~29（36~45）18~32（25~32）24~38（12~27）0~10（0~12）治理后122~12521~24（27~32）0~12（33~41）16~24（21~30）22~30（9~22）21~25（0~12）注：括号内为2#机数据。SN/PN=118/100MVA/MW结构型式：上、下导，立轴悬式UN=13.8kV上机架径向支撑结构：6个径向千斤顶COS∮N=0.85装机台数：6nN=428.6r/min首台机投运年份：2008nr=680r/min1.2瑞丽江水轮发电机1.2.1主要技术数据1.2.2过速产生强烈振动原因分析除2#机，其余机组转速n1.4nN产生强烈振动，上机架振幅高达2410μm分析表明，排除机组转动部分共振的可能性进一步分析,认为类似周宁机组，转速达1.40nN以上时，上机架和定子机座系统出现明显共振现象ANSYS有限元软件计算结果：1阶固有频率为10.45Hz机组过速达1.45nN时频率为1.45×428.6/60=10.36Hz结论：机组过速产生强烈振动是轴系转动激励引发上机架和定子机座系统的1阶模态共振造成的。振型为水平振动。1.2.3治理方案/对策1.2.4应用效果5台机的治理，达到预期效果。过速n≥1.45nN时，上机架最大振幅为0.80mm2#机未作加固处理，动平衡试验配重仅35Kg（其余机组均为150Kg~250Kg）提高上机架和定子机座联合单元的1阶固有频率要求：7.143Hz（额定转频）~11.332Hz（飞逸转频）1阶固有频率14.287Hz(2倍额定转频)治理方案：在原有6个千斤顶上方350mm处，增设结构相同的6个千斤顶，且下机架基础板与支臂立筋各增焊2个立筋。实现1阶固有频率目标值12.8Hz高速（nN375r/min）大容量机组应讲究机组对中、盘车找摆度动平衡试验应精细、准确、配重科学、合理。应在n=（1.1~1.2）nN工况配重试验。瑞丽江2#机经验可取。坚持上机架传力设计三要素（上导轴承处刚度足够、满足事况工况下机组稳定要求、科学合理选择径向支撑结构）。不要轻易提出全部径向力转换为切向力的支撑结构。结构型式选择对振动的影响——悬式结构的定子及上机架系统的固有频率较半伞式的低，相对易引发过速振动——半伞式机组现场轴线对中、盘车易达标——性能指标，维护检修、安装高程等应全面衡量探讨招标文件技术规范提出相关补充要求/说明必要性1.2.5经验/启示2定子温升偏高2.1景洪水轮发电机2.1.1主要技术数据SN/PN=389/350MVA/MWDi=18130mmUN=18kVLt=1800mmCOS∮N=0.9结构型式：上、下导，立轴半伞式nN=75r/min上机架径向支撑结构：八卦多边形切向支撑nr=150r/min装机台数：5首台机投运日期：2008.6.192.1.2投运后、通风改造前定子温升景洪发电机自投运后，存在定子温升偏高现象，具体如下：※铁心最高温度=74.2℃※铁心最高温升=34.2K※线圈测点温度=121.6℃※线圈测点温升=81.6K※线圈最高温度=138.9℃※线圈最高温升=98.9K2.1.3通风改造后定子温升期望通过下述改进措施降低定子线圈温升主要改进措施（共12种措施）——在转子支架上装设挡风圈（1#~5#机）——在转子磁轭上装设导风叶（1#~5#机）——转子下进风洞尺寸封堵500mm（2#、4#机）——转子支架间装设隔板（2#、4#机）——定子铁心增长20mm（1#、2#机）——定子线棒上、下端部装设磁环片（4#机）——改变定子线棒换位长度（2#机）——上、下端部进风口处装设挡风圈等（1#~5#机）5台机通风试验数据如下：机组号1#2#3#4#5#通风状况不正常正常不正常正常正常总风量m3/s211.5252200215.9234.7上端风量m3/s323.3158.1306.6137.85143.4下端风量m3/s-111.893.9-106.678.0591.3风量分配6.3︰3.76.4︰3.66.1︰3.9推算至P=PN定子线圈温升机组号1#2#3#4#5#最高温升k90.6103.894.499.7105.6平均温升k76.686.68287.375.5小结：采取12种改进措施，虽使定子温升得到一定改善，但线圈温升与同类机组相比仍显偏高。治标而未治本。2.1.4定子温升偏高原因分析通风不善——漏风严重，线棒端部风速过低，导致绝缘盒温度过高而烧裂（通过改造后，已解决）——上、下部风路循环不正常（如1#、3#机）线棒股线尺寸选择不当——上、下层线棒股线数：38/34×(2.8×10.6),电密=2.817/3.145A/mm2——电密及热负荷并不太高，但大容量导致大电流，需增加股线数，增加用铜量——宽而厚（2.8×10.6）的股线导致股线换位难（Lt=1800mm）与用铜量增加的矛盾，最终引发附加涡流损耗大、线圈温升高（计算值为74.8K）——计算表明：景洪发电机定子线棒平均涡流系数分别比同容量等级的公伯峡、水布垭、漫湾高出61%、32%、74%换位不良——实测表明，同槽线棒轴向温差大，约达30K——换位角度需改善槽形高、宽比小，散热能力差——按经验：hs/bs=5.5~8.5——景洪发电机：hs/bs=4.89偏小，线棒热量难以通过铁心散出2.1.5治理方案/对策原定子铁心全部运回工厂扩槽、更换上、下层线棒——槽深由149mm→171mm，上、下层线棒股数：56/46×(2.36×11.2),电密：2.152/2.62A/mm2——铁心内径由18160mm→18166mm（单边增大3mm）——上、下铁心端部与齿压板间增设风路，冷却铁心端部、压指和压板损耗及温升计算对比——线棒损耗由1267.5kW→970kW(下降24%)——线棒温升（RTD）降低约19.7℃温度/温升温度℃温升K部位铁心最高温度线圈温度铁心最高温升线圈温升原方案74.2121.634.281.6治理方案72.5101.932.561.9主要电气参数得到改善，欠励进相运行稳定性提高2.1.6经验/启示高度重视电磁方案优化选择——科学合理选择铁心内径、长度（GD2、温升、效率等）——与性能（电气参数）、发热（温升）及稳定有关尺寸的合理匹配和优化（hs/bs，a’×b’等）——计算值与保证值的巧妙控制（温升、Xd′、Xd″等）确保通风系统的设计方案与实际运行相符3定子铁心磁化试验产生强烈振动和噪声3.1小湾水轮发电机3.1.1主要技术数据SN/PN=778/700MVA/MWDi/Lt=11600/3650mmUN=18kV结构型式：上、下导，立轴半伞式COS∮N=0.9上机架径向支撑结构：斜支臂径、切向支撑nN=150r/min装机台数：6nr=290r/min首台机投运年份：20093.1.2铁心磁化试验状况现场磁化试验过程产生强烈振动和噪声，铁心和机座最大振幅值超过仪表量程范围定位筋与托块及托块与机座连接焊缝振裂分别采用定子吊具或上机架以及拉筋轴向固定/和或径向固定机座均无效测试数据汇总序号测试项目1#2#1磁通密度T1.0921.0922最高温升K12.517.63最大温差K3.46.74铁心平均单位损耗W/kg1.4321.83795噪声dB(A)126.2132.26硅钢片50H250（日本）50A250（韩国）3.1.3振动和噪声异常原因分析阶次螺杆无预紧力的固有频率螺杆有预紧力的固有频率18.64028.6403258342583553131653131797190897190916526710165267分析表明，排除铁心穿心螺杆产生共振的可能性单位：Hz——计算显示，机座的固有频率远高于电网频率——计算显示，铁心的“0”节点固有频率与电网倍频接近阶次固有频率Hz振型4节点93图16节点97图2水平晃动100图3“0”节点104图4磁化试验工况，机座与铁心可视为两个独立的圆环，应分别计算其固有频率图1铁心4节点振型图2铁心6节点振型图3水平晃动振型图4铁心“0”节点振型——1#机现场机座实测频率：215、225、236、249Hz等，远高于100Hz——1#机现场铁心实测频率：107、188、216Hz等，与“0”节点的计算值接近——1#、2#机铁心磁化试验铁心的“0”节点固有频率与电网倍频（100Hz）接近，产生“呼吸型”共振——铁心最高温升、最大温差符合GB/T20835规定（Tmax≤25K、△T≤15K），强烈振动导致铁心背部叠片短路是2#机铁心比损耗偏大、温升偏高主要原因结论3.1.4治理方案/对策采用ALSTOM建议的低磁通测量法——电源：220V/10A——环形励磁，磁感应强度：0.03T~0.2T——测量原理：低感应法测量漏磁通，可反映铁心长度为3.5mm至10mm之间短路点的感应电压幅值和相位——检验标准：测点损耗低于15W不必治理，超过15W应处理——GB/T20835高磁通与低磁通（DIRISLOWINDUCTIONTEST）铁损试验方法特点比较采用改变励磁电源频率测量法——变频器参数容量：3000KVA输出额定电压：10KV输出额定频率：0~50Hz冷却方式：水冷基于GB/T20835，采用降低磁密的测量方法——试验磁通密度由1.092T→0.588/0.551T,以降低铁心振动和噪声——3#、4#机铁心磁化试验数据如下：磁通密度：0.588/0.551T最高温升：6.4/5K最大温差：2.2/7.9K铁心比损耗：1.591/1.660W/kg3.1.5经验/启示坚持执行GB/T20835的必要性：全面、真实、有可比性探讨招标文件技术规范提出相关补充要求/说明必要性