近期水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電電動(dòng)機(jī) 發(fā)生的設(shè)備問(wèn)題事故剖析

1、近期水輪發(fā)電機(jī)近期水輪發(fā)電機(jī) / 發(fā)電電動(dòng)機(jī)發(fā)電電動(dòng)機(jī)設(shè)備問(wèn)題剖析設(shè)備問(wèn)題剖析主主 題題1 機(jī)組過(guò)速機(jī)組過(guò)速 / 甩負(fù)荷振擺惡化甩負(fù)荷振擺惡化周寧水輪發(fā)電機(jī)瑞麗江水輪發(fā)電機(jī)2 定子溫升偏高定子溫升偏高景洪水輪發(fā)電機(jī)3 定子鐵心磁化試驗(yàn)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)和噪聲定子鐵心磁化試驗(yàn)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)和噪聲小灣水輪發(fā)電機(jī)4 定子鐵心燒損定子鐵心燒損寶泉發(fā)電電動(dòng)機(jī)5 磁極結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)要求磁極結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)要求6 磁極線(xiàn)圈甩出引發(fā)掃膛事故磁極線(xiàn)圈甩出引發(fā)掃膛事故水布埡水輪發(fā)電機(jī)惠州發(fā)電電動(dòng)機(jī)西龍池發(fā)電電動(dòng)機(jī)7 結(jié)束語(yǔ)結(jié)束語(yǔ)交交 流流 內(nèi)內(nèi) 容容1 機(jī)組過(guò)速機(jī)組過(guò)速 / 甩負(fù)荷振擺惡化甩負(fù)荷振擺惡化1.1 周寧水輪

2、發(fā)電機(jī)周寧水輪發(fā)電機(jī) SN/PN=139/125 MVA/MW 結(jié)構(gòu)型式：上、下導(dǎo)，立軸結(jié)構(gòu)型式：上、下導(dǎo)，立軸懸式懸式 UN=15.75kV 上機(jī)架徑向支撐結(jié)構(gòu)：上機(jī)架徑向支撐結(jié)構(gòu)：6個(gè)個(gè)徑向千斤頂徑向千斤頂 COSN=0.9 裝機(jī)臺(tái)數(shù)：裝機(jī)臺(tái)數(shù)：2 nN=428.6 r/min 首臺(tái)機(jī)投運(yùn)年份：首臺(tái)機(jī)投運(yùn)年份：2021 nr=707 r/min周周 寧寧 發(fā)發(fā) 電電 機(jī)機(jī) 總總 裝裝 配配 圖圖分析表明，排除機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分共振的可能性（廠家軸系穩(wěn)定性計(jì)算滿(mǎn)足要求）多次超速動(dòng)平衡配重試驗(yàn)解決無(wú)效進(jìn)一步分析認(rèn)為，轉(zhuǎn)速達(dá)到140% nN時(shí)上機(jī)架和定子機(jī)座系統(tǒng)出現(xiàn)明顯的共振現(xiàn)象， 應(yīng)分析其固有頻率和

3、振型ANSYS有限元軟件計(jì)算結(jié)果：1 階固有頻率為10.158Hz機(jī)組過(guò)速達(dá)1.4 nN時(shí)頻率（過(guò)速轉(zhuǎn)頻）為1.4428.6/60=10 Hz結(jié)論：機(jī)組過(guò)速產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)是軸系轉(zhuǎn)動(dòng)激勵(lì)引發(fā)上機(jī)架和定子機(jī)座系統(tǒng)的1階模態(tài)共振造成的。振型為水平擺動(dòng)。甩滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)轉(zhuǎn)速上導(dǎo)軸擺度m下導(dǎo)軸擺度m水導(dǎo)軸擺度m上機(jī)架水平振動(dòng)m定子機(jī)座水平振動(dòng)m132.3% nN6464411961403653提高上機(jī)架和定子機(jī)座聯(lián)合單元的1階固有頻率要求：額定轉(zhuǎn)頻（7.143 Hz）飛逸轉(zhuǎn)頻（11.783 Hz）1階固有頻率1.4 nN產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，上機(jī)架振幅高達(dá)2410 m分析表明，排除機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分共振的可能性進(jìn)一步分析,認(rèn)

4、為類(lèi)似周寧機(jī)組，轉(zhuǎn)速達(dá)1.40 nN以上時(shí)，上機(jī)架和定子機(jī)座系統(tǒng)出現(xiàn)明顯共振現(xiàn)象ANSYS有限元軟件計(jì)算結(jié)果：1階固有頻率為10.45Hz機(jī)組過(guò)速達(dá)1.45 nN時(shí)頻率為1.45428.6/60=10.36 Hz結(jié)論：機(jī)組過(guò)速產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)是軸系轉(zhuǎn)動(dòng)激勵(lì)引發(fā)上機(jī)架和定子機(jī)座系統(tǒng)的1階模態(tài)共振造成的。振型為水平振動(dòng)。 5臺(tái)機(jī)的治理，達(dá)到預(yù)期效果。過(guò)速n1.45 nN時(shí)，上機(jī)架最大振幅為0.80 mm2# 機(jī)未作加固處理，動(dòng)平衡試驗(yàn)配重僅35 Kg（其余機(jī)組均為150 Kg250 Kg）提高上機(jī)架和定子機(jī)座聯(lián)合單元的1階固有頻率要求：7.143 Hz（額定轉(zhuǎn)頻）11.332 Hz（飛逸轉(zhuǎn)頻）1階固有

5、頻率375 r/min）大容量機(jī)組應(yīng)講究機(jī)組對(duì)中、盤(pán)車(chē)找擺度動(dòng)平衡試驗(yàn)應(yīng)精細(xì)、準(zhǔn)確、配重科學(xué)、合理。應(yīng)在 n=（1.11.2）nN工況配重試驗(yàn)。瑞麗江2#機(jī)經(jīng)驗(yàn)可取。堅(jiān)持上機(jī)架傳力設(shè)計(jì)三要素（上導(dǎo)軸承處剛度足夠、滿(mǎn)足事況工況下機(jī)組穩(wěn)定要求、科學(xué)合理選擇徑向支撐結(jié)構(gòu)）。不要輕易提出全部徑向力轉(zhuǎn)換為切向力的支撐結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)型式選擇對(duì)振動(dòng)的影響懸式結(jié)構(gòu)的定子及上機(jī)架系統(tǒng)的固有頻率較半傘式的低，相對(duì)易引發(fā)過(guò)速振動(dòng)半傘式機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)軸線(xiàn)對(duì)中、盤(pán)車(chē)易達(dá)標(biāo)性能指標(biāo)，維護(hù)檢修、安裝高程等應(yīng)全面衡量探討招標(biāo)文件技術(shù)規(guī)范提出相關(guān)補(bǔ)充要求/說(shuō)明必要性2 定子溫升偏高定子溫升偏高 2.1 景洪水輪發(fā)電機(jī)景洪水輪發(fā)電機(jī)SN/

6、PN=389/350 MVA/MW Di=18130mmUN=18 kV Lt=1800mmCOSN=0.9 結(jié)構(gòu)型式：上、下導(dǎo)，立軸半傘結(jié)構(gòu)型式：上、下導(dǎo)，立軸半傘式式nN=75 r/min 上機(jī)架徑向支撐結(jié)構(gòu)：八卦多邊上機(jī)架徑向支撐結(jié)構(gòu)：八卦多邊形切向支撐形切向支撐nr=150 r/min 裝機(jī)臺(tái)數(shù)：裝機(jī)臺(tái)數(shù)：5 景洪發(fā)電機(jī)自投運(yùn)后，存在定子溫升偏高現(xiàn)象，具體如下： 鐵心最高溫度=74.2 鐵心最高溫升=34.2 K 線(xiàn)圈測(cè)點(diǎn)溫度=121.6 線(xiàn)圈測(cè)點(diǎn)溫升= 81.6 K 線(xiàn)圈最高溫度=138.9 線(xiàn)圈最高溫升= 98.9 K 期望通過(guò)下述改進(jìn)措施降低定子線(xiàn)圈溫升 主要改進(jìn)措施（共12種措

7、施） 在轉(zhuǎn)子支架上裝設(shè)擋風(fēng)圈（1#5#機(jī)） 在轉(zhuǎn)子磁軛上裝設(shè)導(dǎo)風(fēng)葉（1#5#機(jī)） 轉(zhuǎn)子下進(jìn)風(fēng)洞尺寸封堵500 mm（2#、4#機(jī)） 轉(zhuǎn)子支架間裝設(shè)隔板（2#、4#機(jī)） 定子鐵心增長(zhǎng)20 mm（1#、2#機(jī)） 定子線(xiàn)棒上、下端部裝設(shè)磁環(huán)片（4#機(jī)） 改變定子線(xiàn)棒換位長(zhǎng)度（2#機(jī)） 上、下端部進(jìn)風(fēng)口處裝設(shè)擋風(fēng)圈等（1#5#機(jī)） 5臺(tái)機(jī)通風(fēng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：機(jī)組號(hào)1#2#3#4#5#通風(fēng)狀況不正常正常不正常正常正?？傦L(fēng)量 m3/s211.5252200215.9234.7上端風(fēng)量 m3/s323.3158.1306.6137.85143.4下端風(fēng)量 m3/s-111.893.9-106.678.0591

8、.3風(fēng)量分配6.33.76.43.66.13.9 推算至P=PN 定子線(xiàn)圈溫升機(jī)組號(hào)1#2#3#4#5#最高溫升 k90.6103.894. 499. 7105. 6平均溫升 k76.686.68287.375.5 小結(jié)：采取12種改進(jìn)措施，雖使定子溫升得到一定改善，但線(xiàn)圈溫升與同類(lèi)機(jī)組相比 仍顯偏高。治標(biāo)而未治本。 通風(fēng)不善 漏風(fēng)嚴(yán)重，線(xiàn)棒端部風(fēng)速過(guò)低，導(dǎo)致絕緣盒溫度過(guò)高而燒裂（通過(guò)改造后，已解決） 上、下部風(fēng)路循環(huán)不正常（如1#、3#機(jī)） 線(xiàn)棒股線(xiàn)尺寸選擇不當(dāng) 上、下層線(xiàn)棒股線(xiàn)數(shù)：38/34(2.810.6),電密=2.817/3.145 A/mm2 電密及熱負(fù)荷并不太高，但大容量導(dǎo)致大電

9、流，需增加股線(xiàn)數(shù)，增加用銅量 寬而厚（2.810.6）的股線(xiàn)導(dǎo)致股線(xiàn)換位難（Lt=1800 mm）與用銅量增加的矛盾，最 終引發(fā)附加渦流損耗大、線(xiàn)圈溫升高（計(jì)算值為74.8 K） 計(jì)算表明：景洪發(fā)電機(jī)定子線(xiàn)棒平均渦流系數(shù)分別比同容量等級(jí)的公伯峽、水布埡、漫 灣高出61%、32%、74% 換位不良 實(shí)測(cè)表明，同槽線(xiàn)棒軸向溫差大，約達(dá)30 K 換位角度需改善 槽形高、寬比小，散熱能力差 按經(jīng)驗(yàn)：hs/bs = 5.58.5 景洪發(fā)電機(jī)：hs/bs = 4.89 偏小，線(xiàn)棒熱量難以通過(guò)鐵心散出 原定子鐵心全部運(yùn)回工廠擴(kuò)槽、更換上、下層線(xiàn)棒 槽深由149 mm171 mm，上、下層線(xiàn)棒股數(shù)：56/46

10、(2.3611.2), 電密： 2.152/2.62 A/mm2鐵心內(nèi)徑由18160 mm 18166 mm （單邊增大3 mm）上、下鐵心端部與齒壓板間增設(shè)風(fēng)路，冷卻鐵心端部、壓指和壓板 損耗及溫升計(jì)算對(duì)比線(xiàn)棒損耗由1267.5 kW 970 kW(下降24%)線(xiàn)棒溫升（RTD）降低約19.7溫度/溫升溫 度 溫 升 K部位鐵心最高溫度線(xiàn)圈溫度鐵心最高溫升線(xiàn)圈溫升原方案74.2121.634.281.6治理方案72.5101.932.561.9 主要電氣參數(shù)得到改善，欠勵(lì)進(jìn)相運(yùn)行穩(wěn)定性提高 高度重視電磁方案優(yōu)化選擇科學(xué)合理選擇鐵心內(nèi)徑、長(zhǎng)度（GD2、溫升、效率等） 與性能（電氣參數(shù)）、發(fā)熱（

11、溫升）及穩(wěn)定有關(guān)尺寸的合理匹配和優(yōu)化（hs/bs，ab等） 計(jì)算值與保證值的巧妙控制（溫升、Xd、Xd等） 確保通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案與實(shí)際運(yùn)行相符3 定子鐵心磁化試驗(yàn)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)和噪聲定子鐵心磁化試驗(yàn)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)和噪聲4 3.1 小灣水輪發(fā)電機(jī)小灣水輪發(fā)電機(jī)5 SN/PN=778/700 MVA/MW D i/ Lt =11600/3650 mm6 UN=18 kV 結(jié)構(gòu)型式：上、下導(dǎo)，立軸半結(jié)構(gòu)型式：上、下導(dǎo)，立軸半傘式傘式7 COSN=0.9 上機(jī)架徑向支撐結(jié)構(gòu)：斜支臂上機(jī)架徑向支撐結(jié)構(gòu)：斜支臂徑、切向支撐徑、切向支撐8 nN=150 r/min 裝機(jī)臺(tái)數(shù)：裝機(jī)臺(tái)數(shù)：69 nr=290 r/

12、min 首臺(tái)機(jī)投運(yùn)年份：首臺(tái)機(jī)投運(yùn)年份：2022鐵心磁化試驗(yàn)狀況 現(xiàn)場(chǎng)磁化試驗(yàn)過(guò)程產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)和噪聲，鐵心和機(jī)座最大振幅值超過(guò)儀表量程范圍 定位筋與托塊及托塊與機(jī)座連接焊縫振裂 分別采用定子吊具或上機(jī)架以及拉筋軸向固定/和或徑向固定機(jī)座均無(wú)效 測(cè)試數(shù)據(jù)匯總序號(hào)測(cè) 試 項(xiàng) 目1#2#1磁通密度 T1.0921.0922最高溫升 K12.517.63最大溫差 K3.46.74鐵心平均單位損耗 W/kg1.4321.83795噪聲 dB(A)126.2132.26硅鋼片50H250（日本）50A250（韓國(guó)）振動(dòng)和噪聲異常原因分析階次螺桿無(wú)預(yù)緊力的固有頻率螺桿有預(yù)緊力的固有頻率18.64028.64

13、03258342583553131653131797190897190916526710165267 分析表明，排除鐵心穿心螺桿產(chǎn)生共振的可能性單位：Hz 計(jì)算顯示，機(jī)座的固有頻率遠(yuǎn)高于電網(wǎng)頻率 計(jì)算顯示，鐵心的“0”節(jié)點(diǎn)固有頻率與電網(wǎng)倍頻接近階 次固有頻率 Hz振 型4節(jié)點(diǎn)93圖 16節(jié)點(diǎn)97圖 2水平晃動(dòng)100圖 3“0” 節(jié)點(diǎn)104圖 4 磁化試驗(yàn)工況，機(jī)座與鐵心可視為兩個(gè)獨(dú)立的圓環(huán)，應(yīng)分別計(jì)算其固有頻率圖圖 1 鐵鐵 心心 4 節(jié)節(jié) 點(diǎn)點(diǎn) 振振 型型圖圖 2 鐵鐵 心心 6 節(jié)節(jié) 點(diǎn)點(diǎn) 振振 型型圖圖 3 水水 平平 晃晃 動(dòng)動(dòng) 振振 型型圖圖 4 鐵鐵 心心 “0” 節(jié)節(jié) 點(diǎn)點(diǎn) 振振

14、 型型1# 機(jī)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)座實(shí)測(cè)頻率：215、225、236、249 Hz 等，遠(yuǎn)高于100 Hz1# 機(jī)現(xiàn)場(chǎng)鐵心實(shí)測(cè)頻率：107、188、216 Hz 等，與“0”節(jié)點(diǎn)的計(jì)算值接近1#、2# 機(jī)鐵心磁化試驗(yàn)鐵心的 “0” 節(jié)點(diǎn)固有頻率與電網(wǎng)倍頻（100 Hz）接近， 產(chǎn)生 “呼吸型” 共振 鐵心最高溫升、最大溫差符合GB/T 20835規(guī)定（Tmax25 K 、T15 K ）， 強(qiáng)烈振動(dòng)導(dǎo)致鐵心背部疊片短路是2# 機(jī)鐵心比損耗偏大、溫升偏高主要原因結(jié) 論治理方案/對(duì)策 采用ALSTOM建議的低磁通測(cè)量法電源：220V/10A環(huán)形勵(lì)磁，磁感應(yīng)強(qiáng)度：0.03 T 0.2 T測(cè)量原理：低感應(yīng)法測(cè)量漏磁通

15、，可反映鐵心長(zhǎng)度為3.5 mm至10 mm之間短路 點(diǎn)的感應(yīng)電壓幅值和相位檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：測(cè)點(diǎn)損耗低于15 W不必治理，超過(guò)15 W應(yīng)處理GB/T 20835 高磁通與低磁通（DIRIS LOW INDUCTION TEST）鐵損試驗(yàn)方法 特點(diǎn)比較 采用改變勵(lì)磁電源頻率測(cè)量法采用改變勵(lì)磁電源頻率測(cè)量法 變頻器參數(shù) 容量：3000 KVA 輸出額定電壓：10 KV 輸出額定頻率：050 Hz 冷卻方式：水冷 基于GB/T 20835，采用降低磁密的測(cè)量方法試驗(yàn)磁通密度由1.092 T0.588/0.551 T,以降低鐵心振動(dòng)和噪聲3#、4#機(jī)鐵心磁化試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下： 磁通密度：0.588/0.551 T

16、 最高溫升：6.4/5 K 最大溫差：2.2/7.9 K 鐵心比損耗：1.591/1.660 W / kg 堅(jiān)持執(zhí)行GB/T 20835的必要性：全面、真實(shí)、有可比性 探討招標(biāo)文件技術(shù)規(guī)范提出相關(guān)補(bǔ)充要求/說(shuō)明必要性 4 定子鐵心燒損定子鐵心燒損 4.1 寶泉寶泉4#發(fā)電發(fā)電/電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)SN/PN=334/300 MVA/MW 結(jié)構(gòu)型式：上、下導(dǎo)，立軸懸式結(jié)構(gòu)型式：上、下導(dǎo)，立軸懸式UN=18 kV 上機(jī)架徑向支撐結(jié)構(gòu)：斜支臂徑、上機(jī)架徑向支撐結(jié)構(gòu)：斜支臂徑、切向支撐切向支撐 COSN=0.9 /0.95 裝機(jī)臺(tái)數(shù)：裝機(jī)臺(tái)數(shù)：4nN=500 r/min 首臺(tái)機(jī)投運(yùn)年份：首臺(tái)機(jī)投運(yùn)年份：202

17、2Di / Lt =4670/2930 mm 10月27日空載開(kāi)路試驗(yàn)，升壓至22.5 kV發(fā)現(xiàn)有異味和火光，緊急停機(jī)檢查 發(fā)現(xiàn)31#穿心螺桿有燒灼熔化現(xiàn)象。機(jī)座5層環(huán)板上均有散落熔渣，以下面2層居多 下端與鴿尾筋接觸的部分沖片也燒損 事故發(fā)生后測(cè)試穿心螺桿絕緣電阻值，有19根（共57根）接地 監(jiān)控顯示，147# 槽鐵心溫度測(cè)量值偏高，達(dá)116（報(bào)警溫度120） 計(jì)算表明，1.25UN=22.5 kV穿心螺桿感應(yīng)電勢(shì)為346 V，不足以構(gòu)成擊穿電壓， 形成短路 絕緣套管和絕緣墊圈檢測(cè)顯示，表面電阻值分別為3.5106 M和4.5106 M， 絕緣性能正常 熔渣成分化學(xué)分析說(shuō)明均屬于沖片、穿心螺

18、桿及通風(fēng)槽鋼的基本元素 穿心螺桿表面未涂防銹漆 2022年12月9日專(zhuān)家咨詢(xún)會(huì)認(rèn)為鐵心拉緊螺桿絕緣結(jié)構(gòu)存在缺陷，運(yùn)行中極易受到污染，小顆粒異物進(jìn)入環(huán) 形槽內(nèi)是拉緊螺桿產(chǎn)生接地的隱患鐵心燒損原因目前還很難做出最終結(jié)論 專(zhuān)家咨詢(xún)會(huì)議決定對(duì)定子進(jìn)行解體，進(jìn)一步查明原因，研究落實(shí)更為可靠的措施 對(duì)1#、2#、3#機(jī)采取如下措施對(duì)3臺(tái)機(jī)穿心螺桿絕緣電阻檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，分別有3根、9根和1根螺桿接地采取輕微擊打、拉伸、轉(zhuǎn)動(dòng)及吹掃等方法處理，絕緣值恢復(fù)正常ALSTOM要求每6個(gè)月清掃一次，寶泉公司計(jì)劃每2個(gè)月清掃一次4#機(jī)事故是設(shè)備質(zhì)量不佳造成的更換全部定子沖片穿心螺桿絕緣結(jié)構(gòu)待試驗(yàn)分析后再確定 “杠桿式”螺桿及

19、穿心螺桿壓緊系統(tǒng)特點(diǎn)及應(yīng)用業(yè)績(jī)“杠桿式”螺桿壓緊系統(tǒng)：2000年前幾乎全部大、中、小容量水輪發(fā)電機(jī)均采用 此系統(tǒng)，其特點(diǎn)見(jiàn)圖 5圖圖 5 典型典型“杠桿式杠桿式”螺桿壓緊系統(tǒng)螺桿壓緊系統(tǒng)穿心螺桿壓緊系統(tǒng)：2000年后至今約有125臺(tái)套大、中、小容量水輪發(fā)電機(jī)采用，其特點(diǎn)見(jiàn)圖6圖圖 6 典型穿心螺桿壓緊系統(tǒng)典型穿心螺桿壓緊系統(tǒng) 穿心螺桿結(jié)構(gòu)改進(jìn)和完善采用高強(qiáng)度耐高溫的絕緣烤漆穿心螺桿鐵心孔內(nèi)壁噴涂絕緣漆對(duì)拉緊螺桿定期清掃及內(nèi)窺鏡檢測(cè)絕緣墊和套管結(jié)構(gòu)完善和改進(jìn)，參見(jiàn)圖7、圖8圖圖7 小浪底水輪發(fā)電機(jī)穿心螺桿結(jié)構(gòu)小浪底水輪發(fā)電機(jī)穿心螺桿結(jié)構(gòu)圖圖8 三峽右岸全空冷水輪發(fā)電機(jī)穿心螺桿結(jié)構(gòu)三峽右岸全空冷水

20、輪發(fā)電機(jī)穿心螺桿結(jié)構(gòu) 5 水輪發(fā)電機(jī)磁極結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)要求水輪發(fā)電機(jī)磁極結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)要求 5.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 常規(guī)磁極極靴與極身的夾角為直角，極身兩側(cè)面平行，線(xiàn)圈平行放置機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，線(xiàn)圈在離心力作用下會(huì)產(chǎn)生側(cè)向力Fh (見(jiàn)圖 9)在熱和機(jī)械應(yīng)力共同作用下，當(dāng)應(yīng)力和/或變形超過(guò)允許值時(shí)，線(xiàn)圈將產(chǎn)生損壞要求在磁極之間裝設(shè)撐塊/圍帶適用于中、低速機(jī)組圖圖 9 常規(guī)磁極示意常規(guī)磁極示意 弧形磁極極靴與極身的夾角小于90，極身的兩側(cè)面平行相對(duì)常規(guī)磁極，弧形磁極對(duì)線(xiàn)圈的支撐要牢固些機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，在離心力作用下，線(xiàn)圈還會(huì)產(chǎn)生相對(duì)較小的側(cè)向力Fh(見(jiàn)圖10)在熱和機(jī)械應(yīng)力共同作用下，當(dāng)應(yīng)力和/或變形

21、超過(guò)允許值時(shí)，線(xiàn)圈同樣產(chǎn)生損壞要求在磁極之間裝設(shè)撐塊/圍帶適用于轉(zhuǎn)速較高（nN250 r/min）機(jī)組，見(jiàn)下表圖圖 10 弧形磁極示意弧形磁極示意序號(hào)電站名稱(chēng)容量/功率電壓KV功率因數(shù)轉(zhuǎn)速r/min裝機(jī)臺(tái)數(shù)首臺(tái)機(jī)投 運(yùn)年 份備 注發(fā)電機(jī)MVA電動(dòng)機(jī)MW發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)1惠州/寶泉334/360300/330180.90.955008/42008弧形磁極2白蓮河334300/32515.750.90.97525042008弧形磁極3蒲石河334300/322180.90.98333.342010弧形磁極4黑麋峰334300/325180.90.97530042009弧形磁極5呼和浩特334300/3

22、20180.90.97550042012弧形磁極6響水澗278277.1515.750.90.9825042012弧形磁極 向心磁極極靴與極身的夾角為直角，極身兩側(cè)面不平行線(xiàn)圈的離心力方向垂直于極靴底面、平行于極身的側(cè)面（見(jiàn)圖11）機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，線(xiàn)圈不產(chǎn)生側(cè)向力。銅排、絕緣、絕緣托板之間也無(wú)側(cè)向 滑移，不會(huì)對(duì)線(xiàn)圈產(chǎn)生破壞適用于高速（nN400 r/min）機(jī)組，見(jiàn)下表圖圖11 向心磁極示意向心磁極示意序號(hào)電站名稱(chēng)容量/功率電壓KV功率因數(shù)轉(zhuǎn)速r/min裝機(jī)臺(tái)數(shù)首臺(tái)機(jī)投 運(yùn)年 份備 注發(fā)電機(jī)MVA電動(dòng)機(jī)MW發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)1十三陵22221813.80.91.050041995哈電分包3#、4#機(jī)

23、向心磁極等關(guān)鍵部套2大七孔1910.50.851000320003周寧12515.750.9428.6220054回龍66.6766.6710.50.91.0750220055瑞麗江10013.80.85428.662006裝設(shè)在緬甸，已全部并網(wǎng)發(fā)電 5.2 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 線(xiàn)圈與極靴接觸尺寸匹配合理 一般極靴支撐面寬度銅排寬度= 23（見(jiàn)圖12）保證在額定、甩負(fù)荷、飛逸工況，線(xiàn)圈重心的離心力支線(xiàn)在熱應(yīng)力、離心力、 慣性力等共同作用下不會(huì)偏離極靴位置，實(shí)現(xiàn)磁極整體穩(wěn)定、可靠圖圖12 向心磁極示意向心磁極示意 線(xiàn)圈具有良好的整體剛度合理選擇銅排尺寸精確設(shè)計(jì)/制造模具、科學(xué)選擇成型工藝（扁繞 /

24、 焊接）優(yōu)化制造工藝參數(shù)（溫度、電流、壓力、保壓時(shí)間等），確保不開(kāi)匝嚴(yán)格控制制造、裝配尺寸和質(zhì)量 必須全面分析計(jì)算計(jì)算工況：額定、甩負(fù)荷、飛逸綜合作用力：離心力、熱應(yīng)力、慣性力有限元程序計(jì)算額定和飛逸工況磁極沖片應(yīng)力分布及徑向位移線(xiàn)圈的綜合應(yīng)力線(xiàn)圈的綜合變形 增設(shè)極間撐塊/圍帶的判據(jù)線(xiàn)圈銅排綜合計(jì)算應(yīng)力（不計(jì)匝間摩擦力） 60/105 MPa（銅線(xiàn)抗拉屈服強(qiáng)度）線(xiàn)圈銅排的綜合側(cè)向變形：無(wú)明確規(guī)定應(yīng)力和變形應(yīng)綜合考慮，缺一不可考慮制造、裝配公差，安裝偏差及計(jì)算誤差，即使線(xiàn)圈側(cè)向變形滿(mǎn)足要求，應(yīng) 裝設(shè)至少1個(gè)撐塊/圍帶，保證絕對(duì)安全可靠撐塊/圍帶結(jié)構(gòu)牢靠，便于拆裝，工具適用典型機(jī)組撐塊 / 圍帶設(shè)

25、置情況見(jiàn)下表序號(hào)電站名稱(chēng)PN MW nN r/minDi mm撐塊 / 圍帶備 注1江坪河225187.580002 個(gè)撐塊東芝水電2功果橋22593.7513800無(wú)東芝水電3思 林25093.7514200無(wú)4萬(wàn)家5小浪底30010712790無(wú)6劉家峽225/25012579601 個(gè)圍帶7三板溪250166.792701 個(gè)撐塊8小 灣700150116003 個(gè)撐塊9雙 溝140187.58190無(wú)10百 色135166.783601 個(gè)撐塊11水布埡46015011020無(wú)（常規(guī)磁極）事故后增設(shè)2個(gè)撐塊12惠 州3005004670無(wú)（弧形磁極）事故后增設(shè)

26、2個(gè)撐塊13西龍池3005004800無(wú)（向心磁極）事故后增設(shè)3個(gè)撐塊典型機(jī)組磁極撐塊典型機(jī)組磁極撐塊 / 圍帶設(shè)置情況統(tǒng)計(jì)圍帶設(shè)置情況統(tǒng)計(jì) 磁極T尾應(yīng)力和變形有限元分析計(jì)算 磁極線(xiàn)圈溫升有限元分析計(jì)算 磁極線(xiàn)圈應(yīng)力和變形有限元分析計(jì)算5.3 探討提出下述技術(shù)條款要求必要性探討提出下述技術(shù)條款要求必要性6 磁極線(xiàn)圈甩出引發(fā)掃膛事故磁極線(xiàn)圈甩出引發(fā)掃膛事故7 6.1 水布埡水輪發(fā)電機(jī)水布埡水輪發(fā)電機(jī)8 SN/Smax= 444.4/511.1 MVA Di =11020 mm9 PN/Pmax= 400/460 MW Lt=2820 mm 10 UN= 20 kV 結(jié)構(gòu)型式：上、下導(dǎo)，立軸結(jié)構(gòu)型

27、式：上、下導(dǎo)，立軸半傘式半傘式11 COSN= 0.9 上機(jī)架徑向支撐結(jié)構(gòu)：八卦上機(jī)架徑向支撐結(jié)構(gòu)：八卦多邊形切向支撐多邊形切向支撐12 nN=150 r/min 裝機(jī)臺(tái)數(shù)：裝機(jī)臺(tái)數(shù)：413 nr =295 r/min 首臺(tái)機(jī)投運(yùn)年份：首臺(tái)機(jī)投運(yùn)年份：2022 1#機(jī)發(fā)生事故前已完成全部調(diào)試項(xiàng)目，包括過(guò)速、甩負(fù)荷等、并投入商業(yè)運(yùn) 行約4個(gè)月 2022年7月25日發(fā)生掃膛事故首先靠磁軛側(cè)的絕緣托板斷裂甩出緊接著磁極線(xiàn)圈甩出，造成背風(fēng)面銅排與定子鐵心高速旋轉(zhuǎn)摩擦，并伴 有氣味和煙霧緊急停機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)下?lián)躏L(fēng)板有磨掉的鐵屑和銅屑拔磁極檢查，發(fā)現(xiàn)鐵心表面有大量磨損麻坑和燒灼缺陷，通風(fēng)溝及線(xiàn)槽 內(nèi)覆蓋大量

28、銅末線(xiàn)圈未發(fā)現(xiàn)損壞 6.2 惠州發(fā)電電動(dòng)機(jī)惠州發(fā)電電動(dòng)機(jī)SN/Smax = 334/360 MVA Di=4670 mmPN/Pmax =300/330 MW Lt=2930 mmUN=18 kV 結(jié)構(gòu)型式：上、下導(dǎo)，立軸懸式結(jié)構(gòu)型式：上、下導(dǎo)，立軸懸式COSN= 0.9/0.95 上機(jī)架徑向支撐結(jié)構(gòu)：斜支臂徑、切向支撐上機(jī)架徑向支撐結(jié)構(gòu)：斜支臂徑、切向支撐nN= 500 r/min 裝機(jī)臺(tái)數(shù)：裝機(jī)臺(tái)數(shù)：8nr =725 r/min 首臺(tái)機(jī)投運(yùn)年份：首臺(tái)機(jī)投運(yùn)年份：2022 應(yīng)綜合考核磁極線(xiàn)圈應(yīng)力和變形，缺一不可 盡量采用整體熱壓或加工成型的高強(qiáng)度絕緣托板 1#機(jī)組于2022年10月10日10

29、10開(kāi)始水輪機(jī)工況滿(mǎn)負(fù)荷溫升試驗(yàn) 試驗(yàn)進(jìn)行2 h 后于124607，1# 機(jī)組發(fā)出巨大爆炸聲 瞬間觀察到的情況機(jī)組跳閘并過(guò)速轉(zhuǎn)動(dòng)巨大金屬碰撞聲電刷和上蓋板內(nèi)有火星（上蓋板被頂起、蓋板間密封膠條被擠出）廠房?jī)?nèi)有煙霧發(fā)電機(jī)機(jī)坑門(mén)及鉸鏈被撞開(kāi)火球從下導(dǎo)出來(lái)并彌漫水輪機(jī)機(jī)坑下導(dǎo)瓦散落在水輪機(jī)層，油槽被撞成兩部分，并懸掛在發(fā)電機(jī)下部水輪機(jī)地面上全部是油 事故調(diào)查10# 磁極靠氣隙處絕緣托板寬度中間被壓斷無(wú)支撐的線(xiàn)圈擺動(dòng)加劇、失去穩(wěn)定性，直至兩側(cè)銅排甩出導(dǎo)致掃膛氣隙內(nèi)約1300 kg 的線(xiàn)圈擠壓產(chǎn)生巨大的扭轉(zhuǎn)力，導(dǎo)致機(jī)組周速由V=165 m/s0耗 時(shí)僅45 s嚴(yán)重的機(jī)械失衡導(dǎo)致軸承和主軸扭曲，下導(dǎo)軸承部

30、件（如導(dǎo)瓦、油槽、緊固螺栓） 被撕裂/壓碎，并掉落水輪機(jī)機(jī)坑里電氣短路/金屬部件摩擦引起的大火點(diǎn)燃了油槽內(nèi)的油霧，火球在水輪機(jī)機(jī)坑擴(kuò)散定子機(jī)座斜支臂上端反方向扭曲、上機(jī)架產(chǎn)生永久變形下機(jī)架向旋轉(zhuǎn)方向反方向轉(zhuǎn)動(dòng)定子鐵心被轉(zhuǎn)子掃膛、完全損壞，定子線(xiàn)圈也遭破壞分析認(rèn)為，在受擠壓狀態(tài)下接觸壓力超過(guò)材料的實(shí)際機(jī)械性能，導(dǎo)致10#磁極絕緣托板被壓碎斷裂，線(xiàn)圈變形過(guò)大直至甩出離心力的反復(fù)作用及磁極的擺動(dòng)，絕緣托板外緣及受力面已有裂痕，受損相當(dāng)嚴(yán)重、并導(dǎo)致其解體破裂絕緣托板材料復(fù)試表明，抗壓強(qiáng)度約為100 MPa。按 IEC 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，其抗壓指標(biāo)應(yīng)為350 MPa計(jì)算顯示，額定及飛逸工況線(xiàn)圈變形分別為2.2/

31、1.3 mm 和5.3/3.1mm，接觸壓力為50/38 MPa 和120/90 MPa (分母為同類(lèi)型/同結(jié)構(gòu)機(jī)組計(jì)算數(shù)據(jù))絕緣托板材質(zhì)缺陷及線(xiàn)圈變形偏大，綜合作用導(dǎo)致故障發(fā)生采用環(huán)氧玻璃布板制造絕緣托板（代替模壓制作），并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)的有效性取消絕緣托板上的通風(fēng)道，以提高抗壓強(qiáng)度磁極之間裝設(shè)2個(gè)撐塊除個(gè)別零件（如磁極壓板等）保留，其余全部更換弧形磁極不裝設(shè)極間撐塊/圍帶是不可取的絕緣托板應(yīng)采用環(huán)氧玻璃布板加工或同等抗壓強(qiáng)度的材質(zhì)模壓成型6.3 西龍池發(fā)電電動(dòng)機(jī)西龍池發(fā)電電動(dòng)機(jī)SN = 334 MVA Di=4800 mmPN/Pmax =300/320 MW Lt=2800 mmUN=

32、18 kV 結(jié)構(gòu)型式：上、下導(dǎo)，立軸半傘式結(jié)構(gòu)型式：上、下導(dǎo)，立軸半傘式COSN= 0.9/0.975 上機(jī)架徑向支撐結(jié)構(gòu)：剛性支撐上機(jī)架徑向支撐結(jié)構(gòu)：剛性支撐nN= 500 r/min 裝機(jī)臺(tái)數(shù)：裝機(jī)臺(tái)數(shù)：4nr =720 r/min 首臺(tái)機(jī)投運(yùn)年份：首臺(tái)機(jī)投運(yùn)年份：2022 2022年10月15日1#、2#機(jī)組1 管雙機(jī)甩50%負(fù)荷試驗(yàn)，無(wú)異常 10月16日，1#、2#機(jī)先后帶150MW 負(fù)荷發(fā)電工況運(yùn)行，隨后負(fù)荷升至300MW 監(jiān)控顯示，甩負(fù)荷前機(jī)組振動(dòng)、擺度值正常（均小于合同保證值） 10時(shí)，25分， 43秒，雙機(jī)甩100%負(fù)荷約 4S 后事故發(fā)生機(jī)組振動(dòng)噪聲明顯增大，集電環(huán)罩排風(fēng)口出現(xiàn)煙霧和火花，母線(xiàn)層有煙