大型发电机低本高效的状态检修策略研究

大型发电机低本高效的状态检修策略研究

华能武汉发电有限责任公司 吴永兵

摘要：综合分析全国部分大型火力发电机组各种状态信息，运用行之有效的检测手段，对发电机的内、外部综合检查，并提出针对性的状态检修方案，对发电机的健康状态建立评估系统模块，并进行评估，进而探讨对应不同发电机故障的低本高效检修策略。

关键词：发电机;状态评估;检修策略

0前言

大型发电机以往采用定期预试、计划检修的固定模式，日益暴露出其缺陷，主要表现在：一是临时性检修频繁，修后质量无法保证;二是计划性大修周期锁定，各企业大、小修项目制定盲目，修理成本高居不下;三是定期预试和运行状态监测发现的问题不能及时彻底处理解决;四是检查、检测技术落后，机组深层次的隐患不易发现。随着电力工业的发展，适时提出了对发电机进行状态检修(CBM)，发电机状态检修是在发电机绝缘监督领域中，从发电机故障案例出发，对各种易发故障现象进行归类总结的基础上结合预防性试验的手段、从计划检修的模式下脱颖而出的一种新模式，它检修的依据不局限于预防性试验的数据，而是在收集、掌握、分析发电机的各种状态信息的基础上，进行综合判断，评估发电机状态，从而指导发电机的检修。

1低本高效状态检修策略分析

(1)首先要摸清运行中发电机异常状态来源。各种异常发现的越早，对发电机的停机消缺、检测或检修就越具有指导意义，越能避免潜在的隐患演变成事故。

发电机状态，是一个连续的系统性概念，指发电机设计、材料选用、组装、运输、现场施工、调试、运行的状况以及投运以来发生过的异常情况，如发电机组运行过程因故障产生过电流、过电压、过负荷等，都会对设备的状态产生影响。影响发电机状态的因素有很多，但以下几个主要因素是需要高度重视：制造质量、安装质量、运行工况、操作维护、检修的工艺标准、发电机本身的寿命周期。

(2)大型发电机不抽转子故障诊断技术的应用和局部微创检修技术的开展，能较好地保证原机组良好运行工况不变，发现和解决发电机组潜在的隐患和故障。有效的缩短了检修工期，节约了大量检修费用，降低了抽转子检修的风险。积累了各种状态检修、检查、检测的经验。

【案例1】华能石洞口二电厂采用ABB开发的钢丝牵引沿发电机气隙纵向移动机械小车见图1，即可目测发电机定，转子铁芯，槽楔表面和转子护环内侧，又可在“小车”上装一个可以发出一定振打力和频率的”小锤”，通过振动传感器，将振打槽楔的振幅转换成电信号，由光缆输送到频响分析仪作计算处理，判断出槽楔松紧度。该方法明显优于抽转子后的人工测量，规避了发电机抽转子检测槽楔和铁芯的盲目性，降低了大修风险。应用这套装置成功的发现该厂#1机转子第E槽中部一块槽楔断裂。

应用该装置还可测量铁芯层间绝缘，换上一个可测量磁通的探头，沿定子铁心齿面自动移动，当转子本体作为一个单匝线圈通过一个外加约100A、50Hz的交流电时，定子铁心齿面即会感应出一个漏磁通，见图2。把采集到的漏磁通转换成电信号数据处理。若铁芯表面存在某点短路，则会在显示器出现一个变化的脉冲。因ABB装置采用该法激磁电流大，能使整个定子铁芯都产生磁通，故探测范围广，反应灵敏，不存在死角。该装置还能检测大轴绝缘和分析转子绕组匝间绝缘。

结合上述故障状态检测的应用，我们更应倡导发电机在不抽转子的情况下，对下列项目进行微创检修：端部线圈压板松动紧固或更换，转子导电螺钉松动密封件更换，绝缘引水管和温度测点更换等微创检修，并结合传统的发电机绝缘试验等内容，构筑一套低本高效的状态检修模式。

(3)随着发机组状态检修的深入开展，传统的计划性检修次数会逐步减少，检修周期开始延长，对于无法回避又十分难得的发电机组大、小修机会，我们各企业更应加大检查范围，检测深度。对机组先天不足的构件进行改造，对机组长周期运行后容易磨损的轴承，端部线圈松动，发电机上、下端盖结合面漏氢，内冷水系统中线棒容易堵塞，发电机各部位绝缘老化，铁芯、线棒温度测点失灵又无法更换等共性问题，应借鉴它厂成功经验进行归类、总结、分析，提出合理切实可行的检修方案，延长发电机使用寿命，保证机组长周期运行。

(4)发电机组大、小修的过程控制是保证机组修后质量的重要手段，现在许多发电公司的发电机大修工作已经外包，过程控制的环节更显得尤为重要，借鉴国外先进的现场管理理念，发电机检修现场增设视频监视装置，对作业人员的现场检修加强过程控制。同时在发电机解体后的检测，检查阶段聘请有关专家会诊，对一些较难进入的人孔门、发电机内部通风管、发电机背部风区隔板和定子铁芯固定大筋检查，检修。特聘请身材小巧专业技术工人，入内查看，处理隐患，确保了机组修后质量。

(5)发电机建立状态采集、状态分析，评估和对应状态检修模块，每个模块的工作完成后才能向下一级模块推进，也是发电机实现低本高效状态检修的一个重要环节，每个模块之间是相互关联，互为因果的关系。

2发电机氢系统模块状态评估系统的建立

通过对发电机油系统、内冷水系统、开式循环水系统、发电机本体外壳和外围氢管道系统的在线监测和公式推导，运用软件专家分析系统，建立发电机氢系统状态评估模块，并通过该模块明确发出氢气的泄露量、泄露的部位、危险指数、应采取的安全措施和检修处理建议。

3发电机定予线棒绝缘寿命状态评估系统模块的建立

发电机绝缘材料的选择、发电机绕组局部放电监测(可定位发电机定子绕组系统内的局部放电点)、绝缘电阻，极化指数及吸收比，交直流耐压，发电机运行中各冷却介质的参数(氢、水系统流量、流速、压力检测、氢气湿度)，近期受到的故障冲击(过电压，过电流)和运行中各部位温度的监测，介损、铁损，转子风速，定子流量检修数据，建立发电机绝缘模块状态评估系统。

4发电机转子状态检测评估系统与诊断模块的建立

结合原动机(汽轮机)机械动力学行为、电力系统电气行为、发电机轴系运行状态(转速，振动)及电磁行为监测信息，由机电耦合参数模型分析发电机(包括轴承)动态行为，实现轴系振动故障报告，完成该评估报告还应结合历史检修数据(如：汽发励轴系的同轴数据、发电机定、转子间隙、发电机转子配重螺钉的检测，定、转子通风系统的检查，转子励磁回路绝缘的检测，转子匝间短路，轴接地故障的监测，轴瓦绝缘座的检查，轴电腐蚀和磨损的情况)。

图7发电机多重保护系统可靠性状态分析

综合以上5大状态模块信息系统分析结果可以对发电机状态信息评估进行准确评估，现将其状态分为四个等级：A级，正常状态;B级，可疑状态：C级，不良状态;D级，危险状态。

同时对不同状态分析结果可给出不同的三种检修模式建议：1不修(继续运行);2局部检修(停机或不停机检修);3大修(停机抽转子检修)。

发屯机正常状态主要条件：

A、正常状态：指运行正常、试验数据正常或其中个别试验参数可疑，但数据稳定。正常状态的发电机必须同时满足如下条件：

(1)发电机制造、运输质量良好，符合技术协议及有关标准要求;在提高绝缘水平、抗短路能力及适应调峰方面有措施，出厂试验、交接安装试验一次性通过，发电机无任何薄弱环节和缺陷等。

(2)定子绕组的绝缘电阻、吸收比和极化指数在周期内保持稳定且符合标准。

(3)发电机运行参数正常，机组振动、噪音及巡回检查未发现异常，红外测温无局部过热现象。

(4)发电机各部温度正常，定冷水导电率、PH值、氢气纯度和湿度正常，漏氢量不超标，油系统运行正常且油质合格。

(5)空载特性、短路特性、铁芯损耗试验、定子绕组及端部泄漏电流、耐压试验、O.lHz超低频耐压试验合格。

B、发电机可疑状态主要条件

可疑状态：指在试验、检修周期内，发现某些参数反映发电机内部可能有异常现象，但仍有很多不确定因素。凡有下列诸因素之一均属此状态：

(1)在试验周期内首次发现定子绕组绝缘下降到前次70%以下，但绝对值(200C时)≥500M，极化指数≥2，吸收比≥1.6。

(2)在试验周期内首次发现转子绕组绝缘、轴承绝缘、蜜封支座及中间环绝缘、穿心螺杆绝缘、端部铁芯及轴瓦热电偶绝缘、电阻测温元件绝缘等绝缘测试值较前次下降30%以上，但仍在标准限值以上。

(3)发电机各部温度或者考核温差不正常升高，但仍在报警限值以内。

(4)定冷水导电率、PH值、氢气纯度和湿度等参数异常，超过期望值规定但仍小于报警值：额定压力下的定子冷却水流量明显降低，但仍在报警值以上。

(5)定子绕组绝缘电腐蚀检查发现异常但数值在允许范围。

(6)定子绕组备相或备分支的直流电阻值，相互间差别以及与初次(出厂或交接时)测量值比较，相对变化大于1%。

(7)定子铁芯试验时，磁密在1T下齿的最高温升明显增大，但仍然<25K，齿的最大温差<15K。

(8)空载特性、短路特性试验过程及记录中发现空载特性和短路特性曲线较出厂或历年的试验有下降现象，但仍在允许的范围内。

C、发电机不良状态主要条件

不良状态：指历次周期性试验或跟踪测试结果分析存在故障，且基本确定故障部位及故障原因，判断这种故障在短期内不会发生事故。凡有下列因素之一，均属此状态：

(1)定子绕组绝缘、转子绕组绝缘、轴承绝缘、密封支座及中间环绝缘、穿心螺杆绝缘、端部铁芯及轴瓦热电偶绝缘、电阻测温元件绝缘等低于标准规定。

(2)发电机备部温度或者考核温差超过报警限值但在跳闸值以下，如线圈层间电阻测温元件最高与最低的温差超过8℃但小于120C。

(3)定冷水导电率、PH值、氢气纯度和湿度等超过标准规定;额定压力下的定子冷却水流量明显降低至报警值。

(4)定子绕组绝缘电腐蚀检查发现：线棒出槽口处表面绝缘电阻>0.5M;线棒表面电位>100V;发电机运行中，测温元件感应电压超过>10V。

(5)定子绕组端部手包绝缘表面电位测量>500V。

(6)反映发电机异常运行工况的保护动作跳闸。

(7)空载特性、短路特性试验过程及记录中发现空载特性和短路特性曲线较出厂或历年的试验有明显下降。

(8)转子交流阻抗测量值比出厂值降低10%以上;单开口变压器测转子匝间短路发现，测量出的角度差超过90或电压值小1/3平均值。

D、发电机危险状态主要条件

危险状态：指试验数据或运行参数表明发电机内部故障已不能运行或运行中随时有可能发生事故。凡有下列因素之一均属此状态：

(1)定子绕组绝缘、转子绕组绝缘严重低于标准规定。

(2)发电机轴振超过0.254mm跳闸，存在明显杂音。

(3)漏氢量严重超标，无法维持额定氢压运行。

(4)定冷水流量突然降低，断水保护动作跳机。

(5)发电机发生严重的非同期并列情况。

(6)反映发电机定子绕组三相/两相短路、单相接地、匝间短路、转子绕组两点接地等严重故障的保护动作。

(7)发电机运行中备部温度严重超过限值。

(8)发电机出现严重的内部漏水现象，甚至伴有定子、转子接地。

7低耗高效状态检修策略

通过对发电机的状态评估，确定其对应状态，进而针对处于不同状态的发电机，采取不同的检修策略。

(1)正常状态的检修策略：持续运行，勿需检修，但应保持正常在线监测、离线的周期性试验以及值班员和专业维修人员定期的巡视检查。

(2)可疑状态的检修策略：可继续运行，但应缩短试验周期并加强跟踪监测，在监测期间没有进一步劣化趋势并稳定在某一合格值内，发电机可不进行维修。机组一旦停运，按照发电机综合分析模块发出检修指令可进行深度的停机检查，并根据检查结果决定发电机进行局部或抽转子大修。

(3)不良状态的检修策略：说明发电机的安全可靠性在下降，必须通过检修才能恢复到正常状态，依据综合状态模块诊断诊断结果，抓紧安排停运，进行有针对性的检修。

(4)危险状态的检修策略：应紧急停运投入恢复性检修，检修后经试验合格方可重新投入运行。

8结束语

发电机状态评估、局部微创检测、检修技术的发展，将会使基于状态评估的状态检修技术在实际中的应用越来越广泛，备发电企业适时开展发电机状态检修管理体制创新，建立发电机状态信息管理专家系统，提高状态分析水平，是状态检修决策的关键。同时开展发电机微创检查，局部检修技术的培训也是保证低本高质状态检修的有效手段。

参考文献：

[1]赵耀.大型发电机状态评估与检修策略分析.

[2]王维检.大型发电机变压器内部故障分析与继电保[M].北京：中国电力出版社

[3]卢林发，华能上海石洞口二厂《大型发电机不抽转子故障诊断技术应用》

[4]任文娥，刘红文，于钦学，钟力生.两安交通大学电气绝缘研究中心《发电机好线圈绝缘诊断与寿命预测》