[精选]近期水轮发电机发电电动机 发生的设备问题事故剖析16885.pptx
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1、近期水轮发电机近期水轮发电机/发电电动机发电电动机设备问题剖析设备问题剖析主主 题题1 机组过速机组过速/甩负荷振摆恶化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结束语结束语交交 流流 内内 容容1 机组过速机组过速/甩负荷振摆恶化甩负荷振摆恶化1.1 周宁水轮发电机1.1.
2、1 主要技术数据 SN/PN=139/125 MVA/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 COSN=0.9 装机台数:2 nN=428.6 r/min 首台机投运年份:2004 nr=707 r/min周周 宁宁 发发 电电 机机 总总 装装 配配 图图分析表明,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1.4 nN时频率
3、(过速转频)为1.4428.6/60=10 Hz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m下导轴摆度m水导轴摆度m上机架水平振动m定子机座水平振动m132.3%nN64644119614036531.1.2 机组甩满负荷时各部位振摆幅值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过速产生强烈振动原因分析1.1.4 治理方案治理方案/对策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(7.143 Hz)飞逸转频(11.783 Hz)1阶固有频率1.4 nN产生强烈振动,上机架振
4、幅高达2410 m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1.40 nN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1.45 nN时频率为1.45428.6/60=10.36 Hz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n1.45 nN时,上机架最大振幅为0.80 mm2#机未作加固处理,动平衡试验配重仅35 Kg(其余机组均为150 Kg250 Kg
5、)提高上机架和定子机座联合单元的1阶固有频率要求:7.143 Hz(额定转频)11.332 Hz(飞逸转频)1阶固有频率375 r/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=(1.11.2)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
6、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=389/350 MVA/MW Di=18130mmUN=18 kV Lt=1800mmCOSN=0.9 结构型式:上、下导,立轴半伞式nN=75 r/min 上机架径向支撑结构:八卦多边形切向支撑nr=150 r/min 装机台数:5 首台机投运日期:2008.6.19 2.1.2 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=34.2 K 线圈测点温度=121.6 线
7、圈测点温升=81.6 K 线圈最高温度=138.9 线圈最高温升=98.9 K 2.1.3 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500 mm(2#、4#机)转子支架间装设隔板(2#、4#机)定子铁心增长20 mm(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/s211.525220
8、0215.9234.7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6.33.76.43.66.13.9 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
9、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(2.810.6),电密=2.817/3.145 A/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(2.810.6)的股线导致股线换位难(Lt=1800 mm)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74.8 K)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30 K 换位角度需改善 槽形高、宽比小,散热能力差 按经验:hs/bs=5.58.5 景洪发
10、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149 mm171 mm,上、下层线棒股数:56/46(2.3611.2),电密:2.152/2.62 A/mm2铁心内径由18160 mm 18166 mm(单边增大3 mm)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1267.5 kW 970 kW(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
11、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,ab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=778/700 MVA/MW D i/Lt=11600/3650 mmUN=18 kV 结构型式:上、下导,立轴半伞式CO
12、SN=0.9 上机架径向支撑结构:斜支臂径、切向支撑nN=150 r/min 装机台数:6nr=290 r/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)50A2
13、50(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图 1 铁铁 心心 4 节节 点点 振振 型型图图 2 铁铁 心心 6
14、 节节 点点 振振 型型图图 3 水水 平平 晃晃 动动 振振 型型图图 4 铁铁 心心“0”节节 点点 振振 型型1#机现场机座实测频率:215、225、236、249 Hz 等,远高于100 Hz1#机现场铁心实测频率:107、188、216 Hz 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(100 Hz)接近,产生“呼吸型”共振 铁心最高温升、最大温差符合GB/T 20835规定(Tmax25 K、T15 K),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
15、法电源:220V/10A环形励磁,磁感应强度:0.03 T 0.2 T测量原理:低感应法测量漏磁通,可反映铁心长度为3.5 mm至10 mm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15 W不必治理,超过15 W应处理GB/T 20835 高磁通与低磁通(DIRIS LOW INDUCTION TEST)铁损试验方法 特点比较 采用改变励磁电源频率测量法采用改变励磁电源频率测量法 变频器参数 容量:3000 KVA 输出额定电压:10 KV 输出额定频率:050 Hz 冷却方式:水冷 基于GB/T 20835,采用降低磁密的测量方法试验磁通密度由1.092 T0.588/0.551
16、 T,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:0.588/0.551 T 最高温升:6.4/5 K 最大温差:2.2/7.9 K 铁心比损耗:1.591/1.660 W/kg3.1.5 经验/启示 坚持执行GB/T 20835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 4 定子铁心烧损定子铁心烧损 4.1 宝泉4#发电/电动机 4.1.1 主要技术数据SN/PN=334/300 MVA/MW 结构型式:上、下导,立轴悬式UN=18 kV 上机架径向支撑结构:斜支臂径、切向支撑 COSN=0.9/0.95 装机台数:4nN=500 r
17、/min 首台机投运年份:2009Di/Lt=4670/2930 mm 2009.10.23 抽水调相工况并网,未发现异常 10月27日空载开路试验,升压至22.5 kV发现有异味和火光,紧急停机检查 发现31#穿心螺杆有烧灼熔化现象。机座5层环板上均有散落熔渣,以下面2层居多 下端与鸽尾筋接触的部分冲片也烧损 事故发生后测试穿心螺杆绝缘电阻值,有19根(共57根)接地 监控显示,147#槽铁心温度测量值偏高,达116(报警温度120)4.1.2 铁心烧损事故发生情况 计算表明,1.25UN=22.5 kV穿心螺杆感应电势为346 V,不足以构成击穿电压,形成短路 绝缘套管和绝缘垫圈检测显示,
18、表面电阻值分别为3.5106 M和4.5106 M,绝缘性能正常 熔渣成分化学分析说明均属于冲片、穿心螺杆及通风槽钢的基本元素 穿心螺杆表面未涂防锈漆 2009年12月9日专家咨询会认为铁心拉紧螺杆绝缘结构存在缺陷,运行中极易受到污染,小颗粒异物进入环 形槽内是拉紧螺杆产生接地的隐患铁心烧损原因目前还很难做出最终结论4.1.3 铁心烧损事故原因分析 专家咨询会议决定对定子进行解体,进一步查明原因,研究落实更为可靠的措施 对1#、2#、3#机采取如下措施对3台机穿心螺杆绝缘电阻检测发现,分别有3根、9根和1根螺杆接地采取轻微击打、拉伸、转动及吹扫等方法处理,绝缘值恢复正常ALSTOM要求每6个月
19、清扫一次,宝泉公司计划每2个月清扫一次 2010.2.9 会议认为4#机事故是设备质量不佳造成的更换全部定子冲片穿心螺杆绝缘结构待试验分析后再确定4.1.4 治理方案/对策 “杠杆式”螺杆及穿心螺杆压紧系统特点及应用业绩“杠杆式”螺杆压紧系统:2000年前几乎全部大、中、小容量水轮发电机均采用 此系统,其特点见图 54.1.5 经验/启示图图 5 典型典型“杠杆式杠杆式”螺杆压紧系统螺杆压紧系统穿心螺杆压紧系统:2000年后至今约有125台套大、中、小容量水轮发电机采用,其特点见图6图图 6 典型穿心螺杆压紧系统典型穿心螺杆压紧系统 穿心螺杆结构改进和完善采用高强度耐高温的绝缘烤漆穿心螺杆铁心
20、孔内壁喷涂绝缘漆对拉紧螺杆定期清扫及内窥镜检测绝缘垫和套管结构完善和改进,参见图7、图8图图7 小浪底水轮发电机穿心螺杆结构小浪底水轮发电机穿心螺杆结构图图8 三峡右岸全空冷水轮发电机穿心螺杆结构三峡右岸全空冷水轮发电机穿心螺杆结构 5 水水轮发电轮发电机磁极机磁极结结构特点及其构特点及其设计设计要求要求 5.1 结构特点 常规磁极极靴与极身的夹角为直角,极身两侧面平行,线圈平行放置机组正常运行时,线圈在离心力作用下会产生侧向力Fh(见图 9)在热和机械应力共同作用下,当应力和/或变形超过允许值时,线圈将产生损坏要求在磁极之间装设撑块/围带适用于中、低速机组图图 9 常规磁极示意常规磁极示意
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