近期水輪發(fā)電機發(fā)電電動機發(fā)生的設(shè)備問題事故剖析

1、近期水輪發(fā)電機近期水輪發(fā)電機 / 發(fā)電電動機發(fā)電電動機設(shè)備問題剖析設(shè)備問題剖析主主 題題1 機組過速機組過速 / 甩負荷振擺惡化甩負荷振擺惡化周寧水輪發(fā)電機瑞麗江水輪發(fā)電機2 定子溫升偏高定子溫升偏高景洪水輪發(fā)電機3 定子鐵心磁化試驗產(chǎn)生強烈振動和噪聲定子鐵心磁化試驗產(chǎn)生強烈振動和噪聲小灣水輪發(fā)電機4 定子鐵心燒損定子鐵心燒損寶泉發(fā)電電動機5 磁極結(jié)構(gòu)特點及其設(shè)計要求磁極結(jié)構(gòu)特點及其設(shè)計要求6 磁極線圈甩出引發(fā)掃膛事故磁極線圈甩出引發(fā)掃膛事故水布埡水輪發(fā)電機惠州發(fā)電電動機西龍池發(fā)電電動機7 結(jié)束語結(jié)束語交交 流流 內(nèi)內(nèi) 容容1 機組過速機組過速 / 甩負荷振擺惡化甩負荷振擺惡化1.1 周寧水輪

2、發(fā)電機1.1.1 主要技術(shù)數(shù)據(jù) SN/PN=139/125 MVA/MW 結(jié)構(gòu)型式：上、下導(dǎo)，立軸懸式 UN=15.75kV 上機架徑向支撐結(jié)構(gòu)：6個徑向千斤頂 COSN=0.9 裝機臺數(shù)：2 nN=428.6 r/min 首臺機投運年份：2004 nr=707 r/min周周 寧寧 發(fā)發(fā) 電電 機機 總總 裝裝 配配 圖圖分析表明，排除機組轉(zhuǎn)動部分共振的可能性（廠家軸系穩(wěn)定性計算滿足要求）多次超速動平衡配重試驗解決無效進一步分析認為，轉(zhuǎn)速達到140% nN時上機架和定子機座系統(tǒng)出現(xiàn)明顯的共振現(xiàn)象， 應(yīng)分析其固有頻率和振型ANSYS有限元軟件計算結(jié)果：1 階固有頻率為10.158Hz機組過速達

3、1.4 nN時頻率（過速轉(zhuǎn)頻）為1.4428.6/60=10 Hz結(jié)論：機組過速產(chǎn)生強烈振動是軸系轉(zhuǎn)動激勵引發(fā)上機架和定子機座系統(tǒng)的1階模態(tài)共振造成的。振型為水平擺動。甩滿負荷時轉(zhuǎn)速上導(dǎo)軸擺度m下導(dǎo)軸擺度m水導(dǎo)軸擺度m上機架水平振動m定子機座水平振動m132.3% nN64644119614036531.1.2 機組甩滿負荷時各部位振擺幅值機組甩滿負荷時各部位振擺幅值1.1.3 過速產(chǎn)生強烈振動原因分析過速產(chǎn)生強烈振動原因分析1.1.4 治理方案治理方案/對策對策提高上機架和定子機座聯(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)

4、生強烈振動，上機架振幅高達2410 m分析表明，排除機組轉(zhuǎn)動部分共振的可能性進一步分析,認為類似周寧機組，轉(zhuǎn)速達1.40 nN以上時，上機架和定子機座系統(tǒng)出現(xiàn)明顯共振現(xiàn)象ANSYS有限元軟件計算結(jié)果：1階固有頻率為10.45Hz機組過速達1.45 nN時頻率為1.45428.6/60=10.36 Hz結(jié)論：機組過速產(chǎn)生強烈振動是軸系轉(zhuǎn)動激勵引發(fā)上機架和定子機座系統(tǒng)的1階模態(tài)共振造成的。振型為水平振動。1.2.3 治理方案/對策 1.2.4 應(yīng)用效果 5臺機的治理，達到預(yù)期效果。過速n1.45 nN時，上機架最大振幅為0.80 mm2# 機未作加固處理，動平衡試驗配重僅35 Kg（其余機組均為1

5、50 Kg250 Kg）提高上機架和定子機座聯(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階固有頻率375 r/min）大容量機組應(yīng)講究機組對中、盤車找擺度動平衡試驗應(yīng)精細、準(zhǔn)確、配重科學(xué)、合理。應(yīng)在 n=（1.11.2）nN工況配重試驗。瑞麗江2#機經(jīng)驗可取。堅持上機架傳力設(shè)計三要素（上導(dǎo)軸承處剛度足夠、滿足事況工況下機組穩(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)型式選擇對振動的影響懸式結(jié)構(gòu)的定子及上機架系統(tǒng)的固有頻率較半傘式的低，相對易引發(fā)過速振動半傘式機組現(xiàn)場軸線對中、盤車易達標(biāo)性能指標(biāo)，維護檢修、安

6、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)補充要求/說明必要性1.2.5 經(jīng)驗/啟示2 定子溫升偏高定子溫升偏高 2.1 景洪水輪發(fā)電機 2.1.1 主要技術(shù)數(shù)據(jù)SN/PN=389/350 MVA/MW Di=18130mmUN=18 kV Lt=1800mmCOSN=0.9 結(jié)構(gòu)型式：上、下導(dǎo)，立軸半傘式nN=75 r/min 上機架徑向支撐結(jié)構(gòu)：八卦多邊形切向支撐nr=150 r/min 裝機臺數(shù)：5 首臺機投運日期： 2008.6.19 2.1.2 投運后、通風(fēng)改造前定子溫升 景洪發(fā)電機自投運后，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

7、圈測點溫度=121.6 線圈測點溫升= 81.6 K 線圈最高溫度=138.9 線圈最高溫升= 98.9 K 2.1.3 通風(fēng)改造后定子溫升 期望通過下述改進措施降低定子線圈溫升 主要改進措施（共12種措施） 在轉(zhuǎn)子支架上裝設(shè)擋風(fēng)圈（1#5#機） 在轉(zhuǎn)子磁軛上裝設(shè)導(dǎo)風(fēng)葉（1#5#機） 轉(zhuǎn)子下進風(fēng)洞尺寸封堵500 mm（2#、4#機） 轉(zhuǎn)子支架間裝設(shè)隔板（2#、4#機） 定子鐵心增長20 mm（1#、2#機） 定子線棒上、下端部裝設(shè)磁環(huán)片（4#機） 改變定子線棒換位長度（2#機） 上、下端部進風(fēng)口處裝設(shè)擋風(fēng)圈等（1#5#機） 5臺機通風(fēng)試驗數(shù)據(jù)如下：機組號1#2#3#4#5#通風(fēng)狀況不正常正常不

8、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-111.893.9-106.678.0591.3風(fēng)量分配6.33.76.43.66.13.9 推算至P=PN 定子線圈溫升機組號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種改進措施，雖使定子溫升得到一定改善，但線圈溫升與同類機組相比 仍顯偏高。治標(biāo)而未治本。2.1.4 定子溫升偏高原因分析 通風(fēng)不善 漏風(fēng)嚴(yán)重，線棒端部風(fēng)速過低，導(dǎo)致絕

9、緣盒溫度過高而燒裂（通過改造后，已解決） 上、下部風(fēng)路循環(huán)不正常（如1#、3#機） 線棒股線尺寸選擇不當(dāng) 上、下層線棒股線數(shù)：38/34(2.810.6),電密=2.817/3.145 A/mm2 電密及熱負荷并不太高，但大容量導(dǎo)致大電流，需增加股線數(shù)，增加用銅量 寬而厚（2.810.6）的股線導(dǎo)致股線換位難（Lt=1800 mm）與用銅量增加的矛盾，最 終引發(fā)附加渦流損耗大、線圈溫升高（計算值為74.8 K） 計算表明：景洪發(fā)電機定子線棒平均渦流系數(shù)分別比同容量等級的公伯峽、水布埡、漫 灣高出61%、32%、74% 換位不良 實測表明，同槽線棒軸向溫差大，約達30 K 換位角度需改善 槽形高

10、、寬比小，散熱能力差 按經(jīng)驗：hs/bs = 5.58.5 景洪發(fā)電機：hs/bs = 4.89 偏小，線棒熱量難以通過鐵心散出2.1.5 治理方案/對策 原定子鐵心全部運回工廠擴槽、更換上、下層線棒 槽深由149 mm171 mm，上、下層線棒股數(shù)：56/46(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 損耗及溫升計算對比線棒損耗由1267.5 kW 970 kW(下降24%)線棒溫升（RTD）降低約19.7溫度/溫升溫 度 溫 升 K部位鐵心最高溫

11、度線圈溫度鐵心最高溫升線圈溫升原方案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，欠勵進相運行穩(wěn)定性提高2.1.6 經(jīng)驗/啟示 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、長度（GD2、溫升、效率等） 與性能（電氣參數(shù)）、發(fā)熱（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)計方案與實際運行相符3 定子鐵心磁化試驗產(chǎn)生強烈振動和噪聲定子鐵心磁化試驗產(chǎn)生強烈振動和噪聲 3.1 小灣水輪發(fā)電機 3.1.1 主要技術(shù)數(shù)據(jù)SN/PN=778/700 MVA/MW D i/

12、 Lt =11600/3650 mmUN=18 kV 結(jié)構(gòu)型式：上、下導(dǎo)，立軸半傘式COSN=0.9 上機架徑向支撐結(jié)構(gòu)：斜支臂徑、切向支撐nN=150 r/min 裝機臺數(shù)：6nr=290 r/min 首臺機投運年份：20093.1.2 鐵心磁化試驗狀況 現(xiàn)場磁化試驗過程產(chǎn)生強烈振動和噪聲，鐵心和機座最大振幅值超過儀表量程范圍 定位筋與托塊及托塊與機座連接焊縫振裂 分別采用定子吊具或上機架以及拉筋軸向固定/和或徑向固定機座均無效 測試數(shù)據(jù)匯總序號測 試 項 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/kg1.43

13、21.83795噪聲 dB(A)126.2132.26硅鋼片50H250（日本）50A250（韓國）3.1.3 振動和噪聲異常原因分析階次螺桿無預(yù)緊力的固有頻率螺桿有預(yù)緊力的固有頻率18.64028.6403258342583553131653131797190897190916526710165267 分析表明，排除鐵心穿心螺桿產(chǎn)生共振的可能性單位：Hz 計算顯示，機座的固有頻率遠高于電網(wǎng)頻率 計算顯示，鐵心的“0”節(jié)點固有頻率與電網(wǎng)倍頻接近階 次固有頻率 Hz振 型4節(jié)點93圖 16節(jié)點97圖 2水平晃動100圖 3“0” 節(jié)點104圖 4 磁化試驗工況，機座與鐵心可視為兩個獨立的圓環(huán)，應(yīng)

14、分別計算其固有頻率圖圖 1 鐵鐵 心心 4 節(jié)節(jié) 點點 振振 型型圖圖 2 鐵鐵 心心 6 節(jié)節(jié) 點點 振振 型型圖圖 3 水水 平平 晃晃 動動 振振 型型圖圖 4 鐵鐵 心心 “0” 節(jié)節(jié) 點點 振振 型型1# 機現(xiàn)場機座實測頻率：215、225、236、249 Hz 等，遠高于100 Hz1# 機現(xiàn)場鐵心實測頻率：107、188、216 Hz 等，與“0”節(jié)點的計算值接近1#、2# 機鐵心磁化試驗鐵心的 “0” 節(jié)點固有頻率與電網(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 ）， 強烈振動導(dǎo)致鐵心背

15、部疊片短路是2# 機鐵心比損耗偏大、溫升偏高主要原因結(jié) 論3.1.4 治理方案/對策 采用ALSTOM建議的低磁通測量法電源：220V/10A環(huán)形勵磁，磁感應(yīng)強度：0.03 T 0.2 T測量原理：低感應(yīng)法測量漏磁通，可反映鐵心長度為3.5 mm至10 mm之間短路 點的感應(yīng)電壓幅值和相位檢驗標(biāo)準(zhǔn)：測點損耗低于15 W不必治理，超過15 W應(yīng)處理GB/T 20835 高磁通與低磁通（DIRIS LOW INDUCTION TEST）鐵損試驗方法 特點比較 采用改變勵磁電源頻率測量法采用改變勵磁電源頻率測量法 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 H

16、z 冷卻方式：水冷 基于GB/T 20835，采用降低磁密的測量方法試驗磁通密度由1.092 T0.588/0.551 T,以降低鐵心振動和噪聲3#、4#機鐵心磁化試驗數(shù)據(jù)如下： 磁通密度：0.588/0.551 T 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 / kg3.1.5 經(jīng)驗 / 啟示 堅持執(zhí)行GB/T 20835的必要性：全面、真實、有可比性 探討招標(biāo)文件技術(shù)規(guī)范提出相關(guān)補充要求/說明必要性 4 定子鐵心燒損定子鐵心燒損 4.1 寶泉4#發(fā)電/電動機 4.1.1 主要技術(shù)數(shù)據(jù)SN/PN=334/300 MVA/MW 結(jié)構(gòu)型式：上、

17、下導(dǎo)，立軸懸式UN=18 kV 上機架徑向支撐結(jié)構(gòu)：斜支臂徑、切向支撐 COSN=0.9 /0.95 裝機臺數(shù)：4nN=500 r/min 首臺機投運年份：2009Di / Lt =4670/2930 mm 2009.10.23 抽水調(diào)相工況并網(wǎng)，未發(fā)現(xiàn)異常 10月27日空載開路試驗，升壓至22.5 kV發(fā)現(xiàn)有異味和火光，緊急停機檢查 發(fā)現(xiàn)31#穿心螺桿有燒灼熔化現(xiàn)象。機座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# 槽鐵心溫度測量值偏高，達116（報警溫度120）4.1.2 鐵心燒損事

18、故發(fā)生情況 計算表明，1.25UN=22.5 kV穿心螺桿感應(yīng)電勢為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)分析說明均屬于沖片、穿心螺桿及通風(fēng)槽鋼的基本元素 穿心螺桿表面未涂防銹漆 2009年12月9日專家咨詢會認為鐵心拉緊螺桿絕緣結(jié)構(gòu)存在缺陷，運行中極易受到污染，小顆粒異物進入環(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4.1.3 鐵心燒損事故原因分析 專家咨詢會議決定對定子進行解體，進一步查明原因，研究落實更為可靠的措施 對1#、2#、3#機采取如下措施對

19、3臺機穿心螺桿絕緣電阻檢測發(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)動及吹掃等方法處理，絕緣值恢復(fù)正常ALSTOM要求每6個月清掃一次，寶泉公司計劃每2個月清掃一次 2010.2.9 會議認為4#機事故是設(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)待試驗分析后再確定4.1.4 治理方案/對策 “杠桿式”螺桿及穿心螺桿壓緊系統(tǒng)特點及應(yīng)用業(yè)績“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)電機均采用 此系統(tǒng)，其特點見圖 54.1.5 經(jīng)驗/啟示圖圖 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臺套大、中、小容

20、量水輪發(fā)電機采用，其特點見圖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)改進和完善采用高強度耐高溫的絕緣烤漆穿心螺桿鐵心孔內(nèi)壁噴涂絕緣漆對拉緊螺桿定期清掃及內(nèi)窺鏡檢測絕緣墊和套管結(jié)構(gòu)完善和改進，參見圖7、圖8圖圖7 小浪底水輪發(fā)電機穿心螺桿結(jié)構(gòu)小浪底水輪發(fā)電機穿心螺桿結(jié)構(gòu)圖圖8 三峽右岸全空冷水輪發(fā)電機穿心螺桿結(jié)構(gòu)三峽右岸全空冷水輪發(fā)電機穿心螺桿結(jié)構(gòu) 5 水輪發(fā)電機磁極結(jié)構(gòu)特點及其設(shè)計要求水輪發(fā)電機磁極結(jié)構(gòu)特點及其設(shè)計要求 5.1 結(jié)構(gòu)特點 常規(guī)磁極極靴與極身的夾角為直角，極身兩側(cè)面平行，線圈平行放置機組正常運行時，線圈在離心力作用下會產(chǎn)生側(cè)向力Fh (見圖 9)在熱和機

21、械應(yīng)力共同作用下，當(dāng)應(yīng)力和/或變形超過允許值時，線圈將產(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)面平行相對常規(guī)磁極，弧形磁極對線圈的支撐要牢固些機組正常運行時，在離心力作用下，線圈還會產(chǎn)生相對較小的側(cè)向力Fh(見圖10)在熱和機械應(yīng)力共同作用下，當(dāng)應(yīng)力和/或變形超過允許值時，線圈同樣產(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）機組，見下表圖圖 10 弧形磁極示意弧形磁極示意序號電站名稱容量/功率電壓KV功率因數(shù)轉(zhuǎn)速r/min裝機臺數(shù)首臺機投 運年 份備 注發(fā)電機MVA電動

22、機MW發(fā)電機電動機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334300/320180.90.97550042012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)面不平行線圈的離心力方向垂直于極靴底面、平行于極身的側(cè)面（見圖11）機組正常運行時

23、，線圈不產(chǎn)生側(cè)向力。銅排、絕緣、絕緣托板之間也無側(cè)向 滑移，不會對線圈產(chǎn)生破壞適用于高速（nN400 r/min）機組，見下表圖圖11 向心磁極示意向心磁極示意序號電站名稱容量/功率電壓KV功率因數(shù)轉(zhuǎn)速r/min裝機臺數(shù)首臺機投 運年 份備 注發(fā)電機MVA電動機MW發(fā)電機電動機1十三陵22221813.80.91.050041995哈電分包3#、4#機向心磁極等關(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)

24、發(fā)電 5.2 設(shè)計要求設(shè)計要求 線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（見圖12）保證在額定、甩負荷、飛逸工況，線圈重心的離心力支線在熱應(yīng)力、離心力、 慣性力等共同作用下不會偏離極靴位置，實現(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 線圈具有良好的整體剛度合理選擇銅排尺寸精確設(shè)計/制造模具、科學(xué)選擇成型工藝（扁繞 / 焊接）優(yōu)化制造工藝參數(shù)（溫度、電流、壓力、保壓時間等），確保不開匝嚴(yán)格控制制造、裝配尺寸和質(zhì)量 必須全面分析計算計算工況：額定、甩負荷、飛逸綜合作用力：離心力、熱應(yīng)力、慣性力有限元程序計算額定和飛逸工況磁極沖片應(yīng)力分布及徑向位移線圈的綜合應(yīng)力線

25、圈的綜合變形 增設(shè)極間撐塊/圍帶的判據(jù)線圈銅排綜合計算應(yīng)力（不計匝間摩擦力） 60/105 MPa（銅線抗拉屈服強度）線圈銅排的綜合側(cè)向變形：無明確規(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，安裝偏差及計算誤差，即使線圈側(cè)向變形滿足要求，應(yīng) 裝設(shè)至少1個撐塊/圍帶，保證絕對安全可靠撐塊/圍帶結(jié)構(gòu)牢靠，便于拆裝，工具適用典型機組撐塊 / 圍帶設(shè)置情況見下表序號電站名稱PN MW nN r/minDi mm撐塊 / 圍帶備 注1江坪河225187.580002 個撐塊東芝水電2功果橋22593.7513800無東芝水電3思 林25093.7514200無4萬家5

26、小浪底30010712790無6劉家峽225/25012579601 個圍帶7三板溪250166.792701 個撐塊8小 灣700150116003 個撐塊9雙 溝140187.58190無10百 色135166.783601 個撐塊11水布埡46015011020無（常規(guī)磁極）事故后增設(shè)2個撐塊12惠 州3005004670無（弧形磁極）事故后增設(shè)2個撐塊13西龍池3005004800無（向心磁極）事故后增設(shè)3個撐塊典型機組磁極撐塊典型機組磁極撐塊 / 圍帶設(shè)置情況統(tǒng)計圍帶設(shè)置情況統(tǒng)計 磁極T尾應(yīng)力和變形有限元分析計算 磁極線圈溫升有限元分析計算 磁極線圈應(yīng)力和變形有限元分析計算5.3 探

27、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 磁極線圈甩出引發(fā)掃膛事故磁極線圈甩出引發(fā)掃膛事故 6.1 水布埡水輪發(fā)電機 6.1.1 主要技術(shù)數(shù)據(jù) SN/Smax= 444.4/511.1 MVA Di =11020 mm PN/Pmax= 400/460 MW Lt=2820 mm UN= 20 kV 結(jié)構(gòu)型式：上、下導(dǎo)，立軸半傘式 COSN= 0.9 上機架徑向支撐結(jié)構(gòu)：八卦多邊形切向支撐 nN=150 r/min 裝機臺數(shù)：4 nr =295 r/min 首臺機投運年份：2007 6.1.2 磁極線圈甩出事故過程分析磁極線圈甩出事故過程分析 1#機發(fā)生事故前已完成全部調(diào)試

28、項目，包括過速、甩負荷等、并投入商業(yè)運 行約4個月 2007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)溝及線槽 內(nèi)覆蓋大量銅末線圈未發(fā)現(xiàn)損壞 6.2 惠州發(fā)電電動機惠州發(fā)電電動機 6.2.1 主要技術(shù)數(shù)據(jù)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COSN= 0.9/0.95 上機架徑向

29、支撐結(jié)構(gòu)：斜支臂徑、切向支撐nN= 500 r/min 裝機臺數(shù)：8nr =725 r/min 首臺機投運年份：2009 6.1.5 經(jīng)驗/啟示 應(yīng)綜合考核磁極線圈應(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度絕緣托板 6.2.2 磁極線圈甩出事故過程分析 1#機組于2008年10月10日1010開始水輪機工況滿負荷溫升試驗 試驗進行2 h 后于124607，1# 機組發(fā)出巨大爆炸聲 瞬間觀察到的情況機組跳閘并過速轉(zhuǎn)動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）廠房內(nèi)有煙霧發(fā)電機機坑門及鉸鏈被撞開火球從下導(dǎo)出來并彌漫水輪機機坑下導(dǎo)瓦散落在水輪機層，油槽被撞

30、成兩部分，并懸掛在發(fā)電機下部水輪機地面上全部是油 事故調(diào)查10# 磁極靠氣隙處絕緣托板寬度中間被壓斷無支撐的線圈擺動加劇、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 的線圈擠壓產(chǎn)生巨大的扭轉(zhuǎn)力，導(dǎo)致機組周速由V=165 m/s0耗 時僅45 s嚴(yán)重的機械失衡導(dǎo)致軸承和主軸扭曲，下導(dǎo)軸承部件（如導(dǎo)瓦、油槽、緊固螺栓） 被撕裂/壓碎，并掉落水輪機機坑里電氣短路/金屬部件摩擦引起的大火點燃了油槽內(nèi)的油霧，火球在水輪機機坑擴散定子機座斜支臂上端反方向扭曲、上機架產(chǎn)生永久變形下機架向旋轉(zhuǎn)方向反方向轉(zhuǎn)動定子鐵心被轉(zhuǎn)子掃膛、完全損壞，定子線圈也遭破壞6.2.3 磁極線圈甩出事故原因分析分析認

31、為，在受擠壓狀態(tài)下接觸壓力超過材料的實際機械性能，導(dǎo)致10#磁極絕緣托板被壓碎斷裂，線圈變形過大直至甩出離心力的反復(fù)作用及磁極的擺動，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計算顯示，額定及飛逸工況線圈變形分別為2.2/1.3 mm 和5.3/3.1mm，接觸壓力為50/38 MPa 和120/90 MPa (分母為同類型/同結(jié)構(gòu)機組計算數(shù)據(jù))絕緣托板材質(zhì)缺陷及線圈變形偏大，綜合作用導(dǎo)致故障發(fā)生 6.2.4 治理方案/對策采用環(huán)氧玻璃布板制造絕緣托板（代替模壓制作），并通過試

32、驗驗證設(shè)計的有效性取消絕緣托板上的通風(fēng)道，以提高抗壓強度磁極之間裝設(shè)2個撐塊除個別零件（如磁極壓板等）保留，其余全部更換 6.2.5 經(jīng)驗/啟示弧形磁極不裝設(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度的材質(zhì)模壓成型6.3 西龍池發(fā)電電動機西龍池發(fā)電電動機6.3.1 主要技術(shù)數(shù)據(jù)SN = 334 MVA Di=4800 mmPN/Pmax =300/320 MW Lt=2800 mmUN=18 kV 結(jié)構(gòu)型式：上、下導(dǎo)，立軸半傘式COSN= 0.9/0.975 上機架徑向支撐結(jié)構(gòu)：剛性支撐nN= 500 r/min 裝機臺數(shù)：4nr =720 r/min 首臺機投運年份：20086.3.2 磁極線圈甩出事故過程分析 2009年10月15日1#、2#機組1 管雙機甩50%負荷試驗，無異常 10月16日，1#、2#機先后帶150MW 負荷發(fā)電工況運行，隨后負荷升至300MW 監(jiān)控顯示，甩負荷前機組振動、擺度值正常（均小于合同保證值） 10時，25分， 43秒，雙機甩100%負荷約 4S 后事故發(fā)生機組振動噪聲明顯增大，集電環(huán)罩排風(fēng)口出現(xiàn)煙霧和火花，母線層有煙霧發(fā)電電動機振動異常，并有爆炸聲，水泵水輪機未出現(xiàn)異常距甩