青居水电厂机组定子制造质量问题的分析及处理.ppt

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1、青居水电厂机组定子制造质量问题的分析及处理,罗云江2010年9月,青居水电厂机组定子制造质量问题的分析及处理,罗云江,摘要：,青居电站投产运行不久，就发出现定子铁心变形、定位筋座裂纹、转子磁轭松动等重大制造质量问题，考虑当时的具体情况，决定对1#机采用加固定子基座的修复方案，2#机则采用在1#机修复后重新设计定子机座的改造方案，根据两台机组修复后的试验数据分析，改造后的2#机组能满足电厂长期稳定运行，而修复后的1#机则仍然存在安全隐患，故3#、4#机组采用2#机的改造方案进行修复，1#机视运行情况而定是否再对定子进行彻底改造。关键词：定子、变形、裂纹、修复、改造、方案。,引言,青居水电站位于四

2、川省南充市青居镇，电站为明渠引水河床式电站，地面厂房。装有四台富春江富士水电设备有限公司（东芝公司）制造的4X34MW的灯泡贯流式水轮发电机组，电站设计水头11m，引用流量1390.88 m3/s,转轮直径为6.15m。2005 年5 月16 日由于发生2#发电机转子励磁引线连接片烧损及磁轭键压板部分固定螺栓断裂等事故，在检查其它机组时发现1#发电机定子铁心局部变形及磁轭键压板两颗固定螺栓断裂等，1#机组被迫停机，1#发电机共运行6693 小时。对已经投运的2#、3#机组定子进行检查，发现这两台机组定、转子都有相似的情况，只是这两台机组没有1#机严重，在得到厂家承诺后可继续观察运行。针对青居发

3、电机的重大缺陷和当时安装、制造厂的实际情况，决定对1#发电机进行检查性大修（定子须重新叠片），在分解定子线棒及铁心时，发现1#发电机定子机座与定位筋座的焊接部位和环板有损伤情况，同时发现部分定位筋与定位筋座连接的固定螺栓发生断裂，根据定子机座的实际情况和工期要求决定将1#定子机座运回富春江工厂进行加强补焊维修。在对1#定子机座进行维修的同时，对定子机座等相关部件的制作质量进行了检查，同时对设计计算进行了复核。另外，还组织测量了2#4#机组各处的振动值及2#发电机定子的固有频率，介于当时各个定子出现的问题和1#机定子分解后的检查情况，决定对2#机定子进行重新设计和制造，并在随后2#发电机的解体过

4、程中对2#发电机的定子进行了相关检查。分别测量1#机和2#机修复后运行情况数据显示，2#定子改造后，定子的振动得到了明显改善，各参数满足要求，能确保机组的长期安全稳定运行；而1#机的修复后虽然运行状况有所好转，但要稳定运行必须经过长期的运行才能有说服力，这为电厂安全运行留下了隐患，为了让电厂能安全可靠地运行，3#、4#机组决定采用2#机的改造方案进行修复，1#机视运行情况而定是否再对定子进行彻底改造。,.出现问题的现象及调查取证,1#机定子检查 机定子检查资料汇编以下是1#机定子在大修中检查到的主要情况：(1)下游侧铁心齿压板(小齿压板)移动情况（照片1）：下游侧铁心齿压板(小齿压板)整体性地

5、向外径方向移动大约25mm，局部性最大移动量有20mm 左右。(照片1)+Y 方向偏+X 方向的045的范围的移动量最大。,(2)拆冲片后对基座进行检查，发现定位筋座焊接部位的中间环板的一部分有裂纹。,(a)焊接部位的裂纹数：28 处（部分焊缝直接脱开）,(2)拆冲片后对基座进行检查，发现定位筋座焊接部位的中间环板的一部分有裂纹。,(b)中间环板裂纹数：5 处；,(2)拆冲片后对基座进行检查，发现定位筋座焊接部位的中间环板的一部分有裂纹。,(c)部分焊缝出现虚焊情况；,裂纹分布情况，+Y 方向偏+X 方向045的范围内最多。-Y 方向也部分地有裂纹痕迹。,(3)鸽尾键固定螺栓头部损伤,鸽尾键固

6、定螺栓头部，在定子机座+Y 方向偏+X 方向045的范围内损伤很严重，+Y 方向偏-X 方向045的范围也有部分螺栓的头部损伤。,(4)铁心变形,内周、+Y 方向偏+X 方向045的范围内最大；半径方向上最大有-8mm 左右。上面所讲到的(1)(4)，都集中发生在+Y 方向偏+X 方向045的范围。,(5)上游侧齿压板(大齿压板)压指焊缝开裂,上游侧齿压板(大齿压板)压指，部分焊缝开裂。断裂集中在+Y 方向偏X 方向045范围内。,(6)铁心波浪变形,铁心部分地发生了波浪变形,机定子机座的检查结果,2机定子检查资料汇编以下是2#机定子在改造中检查到的主要情况(1)下游侧铁心齿压板(小齿压板)在

7、径向上往外径侧有5mm 左右的移动。(2)定位筋座焊接部位有裂纹,照片6：定位筋座焊接部位有裂纹(a)目测焊接部位的裂纹数：2 处（微裂纹），裂纹分布情况，位于靠近-Y 方向中间环板与定位筋座的焊缝。,2#-4#机改造前定子振动及固有频率测量 对2#4#机，检查了机内各处的振动值。在这个振动测量结果中，3 台定子机座振动的最大频率都是100Hz。100Hz 的振动值随着负荷增加而增加。3#机最大全振幅145m(34MW 时的水平90方向)。本机组的电源频率为50Hz，振动频率为100Hz，而且振幅值随负荷增加而增加。2#定子的固有振动频率测量值接近100Hz。通过对2#4#机组振动及2#机定子

8、固有频率的测量，得出以下结论：定子最大振动频率为100Hz。振动是由电气激振源引起的。2#机定子的固有频率测量的结果是：111.5Hz110Hz 和97Hz93Hz 的圆环振动模数分别是8和7。考虑到测量与组装时的定子安装状态有差异的话，可以认为固有频率接近100Hz。3#、4#机，100Hz 的定子振动随着负荷的增加在增大。但是，在34MW 负荷下连续运转时，铁心的膨胀受到定子机座的束缚，振动由此降低。这是因为铁心膨胀后受到机座的束缚，从而使定子刚性增加，其固有频率变大而且远离了100Hz。2#机的振动测量，是在铁心膨胀已经受到了定子机座的束缚的状态下进行的，所以振动值小，但此频率是100H

9、z。4#机的振动测量结果表明，在铁心齿压板安装的各感应器间，100Hz 振动的相位差接近144，圆环振动模数为8 模数。,定子铁心变形发生原因分析,修复方案根据机组运行的实际情况和专家组意见，对1#、2#机采用的修复方案如下：,修复后机组振动各动平衡测试分析2#机组、2#机定、转子改造后振动测试结果：,从以上结果可看出，2#机经过改造后，定子铁心总振动不大于0.022mm，其中100Hz振动值不大于0.019mm，而下齿压板处的100Hz 振动值（此处改造前经过测定）是改造前的1/2 至此1/4，效果明显，完全满足机组安全稳定运行的要求。,、2#机动平衡试验结果：,2#改造小结：从动平衡试验结

10、果可以看出，机组的整体性能，无论是从振动幅度减小到原来的1/2 至1/3，还是机组的振动的稳定性大幅提高（改造前，振动相角随时变化，改造后振动相角有规律变化，发电机出力在25.5MW 后，振动相角基本不变化，说明机组已处于稳定状态）。综上所述：2#号机改造措施行之有效，今后2#号机可以长期安全稳定运行，在振动上不会有问题。,1#机组、1#机动平衡试验结果：,、1#机动振动试验结果：,从以上数据可以看出，定子振动测量值全部换算成100Hz 振动，其值也不大，其中定子铁心齿压板处的振动值1#机改造后为小于0.02mm，与改造前振动特性类似的4#机相比（4#机齿压板处的振动为0.189 mm）有了极

11、大了改善。但还是有部分振幅值超标，而且运行的噪声也比2#机组要大，根据现场运行情况来看，在高负荷区不稳定性更加明显。结论 青居发电机2#定子改造后，定子的振动得到了明显改善，各参数满足要求，能确保机组的长期安全稳定运行；从试验结果可以判定，青居2#机组改造后，振动性能稳定，效果显著，完全符合机组安全稳定运行的要求。而1#机的修复后虽然运行状况有所好转，但要稳定运行必须经过长期的运行才能有说服力，这为电厂安全运行留下了隐患，为了让电厂能安全可靠地运行，3#、4#机组也采用2#机的改造方案进行修复，为确保1#机安全稳定运行，1最后决定对1#机组也采用2#机的改造方案对定子进行彻底改造。,青居水电厂

12、机组定、转子改造评估分析报告,概要：青居电站机组投运以后，出现了发电机定、转子气隙变大，定子齿压板与铁芯发生相对位移，定子鸽尾筋座与环板之间的焊缝开裂，转子磁轭键压板螺栓剪断，转子引线软连接多次发生严重裂纹或断裂等现象。为了消除设备存在的缺陷，保证机组长期稳定运行，在华能四川水电有限公司的领导下，四川华能嘉陵江水电有限责任公司于05年9月1日至06年6月17日、06年6月28日至11月8日、06年12月4日至07年4月23日、07年11月6日至08年5月14日分别对2机组、4机组、3机组和1机组进行了彻底修复处理，修复完成后对机组进行监视运行。依据机组改造后的实际气隙测量数值和定、转子外观检查

13、情况，以及机组测振系统的数据进行分析，参照机组定、转子改造后的实际运行情况，形成报告如下：一、外观检查1、转子1)支架无变形，各结构焊缝无开裂；2)磁轭拉紧螺杆无松动，螺母紧固完好、点焊焊缝无开裂，磁轭键无松动，止动板及压紧螺丝完好；3）转子上各螺丝止动片无松动、无开裂；4）励磁引线完好。2、定子1）齿压板无松动、无移位现象；2)铁芯与转子间无刮擦痕迹；3）风洞内清洁完好，无铁屑粉尘。,二、实际测量的气隙数值分析1、1#机气隙测量记录（改造后于2008年5月14日投运）,从测量数据可以看出：1#机组投运后气隙均值、最大值、最小值稳定。2、2#机气隙测量记录（改造后于2006年6月17日投运）,

14、从测量数据可以看出：2#机组投运后气隙均值、最大值、最小值稳定。,3、3#机气隙测量记录（改造后于2007年4月23日投运）,从测量数据可以看出：3#机组投运后气隙均值有变小的趋势，07年底到现在基本稳定，气隙平均值变小趋势变缓；最大值变化不大，最小值变化比较多，从测量原始记录可以看出，最小值的区域还比较大，但现在比较基本稳定，变小的趋势变缓；经过不同方位的气隙值分析，最小值始终在第一象限，与转子的方位无关，变形主要是定子变形引起的。,4、4#机气隙测量记录（改造后于2006年11月8日投运）,从测量数据可以看出：4#机组投运后气隙均值基本稳定，最大值区域基本稳定，最小值变化比较明显，07年底

15、到现在比较稳定，没有进一步变化；经过不同方位的气隙值分析，最小值始终在-Y方向，与转子的方位无关，变形主要是定子变形引起的。,三、机组测振气隙系统数据分析,1、1#机组30MW气隙系统数据分析（改造后于2008年5月14日投运）,从测量数据可以看出：1#机组改造投运后定、转子气隙稳定，振动值无异常（数值有小波动可能与机组运行温度有关，但波动在规范内），机组改造后处于稳定运行状态。,2、2#机组30MW气隙系统数据分析（改造后于2006年6月17日投运）,从测量数据可以看出：2#机组改造投运后定、转子气隙（中间几个月测振系统故障，无数据）稳定，振动值无异常（数值有小波动可能与机组运行温度有关，但

16、波动在规范内），机组改造后处于稳定运行状态。,3、3#机组30MW气隙系统数据分析（改造后于2007年4月23日投运）,从测量数据可以看出：3#机组投运后初期气隙均值和最小值都有变小的趋势，到07年10月份之后基本稳定，气隙平均值和最值变小趋势变缓；机组振动无异常（数值有小波动可能与机组运行温度有关，但波动在规范内）；从圆度时间趋势图看定子不圆度有变化，转子不圆度无变化。,4、4#机组30MW气隙系统数据分析（改造后于2006年11月8日投运）,从测量数据可以看出：4#机组投运后气隙均值基本稳定，最小值有变小的趋势，到07年10月份之后基本稳定；没有进一步变化的趋势；机组振动值从08年4份开始

17、变得比较大（小修时处理过水导瓦高点），反映在最小气隙趋势线上有个别奇点偏离总体趋势线；从圆度时间趋势图看定子不圆度有变化，转子不圆度无变化。,四、结论1、1#机组：1#机组改造投运后气隙均值、气隙最大值、气隙最小值、定子不圆度、转子不圆度均无明显变化，机组无振动异常现象，经过改造后半年的跟踪检查，设备测量数据和运行状况稳定。2、2#机组：2#机组改造投运后气隙均值、气隙最大值、气隙最小值、定子不圆度、转子不圆度均无明显变化，机组无振动异常现象，经过改造后两年的跟踪检查，设备测量数据和运行状况稳定。3、3#机组：3#机组改造投运后气隙均值有变小的趋势、最大值变化不明显、最小值变化比较多、定子不圆

18、度有变化、转子不圆度无变化、机组无振动异常现象，从07年底至今几组数据基本趋于稳定，气隙平均值及最小值区域变化趋缓；通过对气隙均值比较和最小值变化趋势来分析，可以认为数据变化的原因是定子铁芯变形引起的，从近期测量的几组数据来看，设备测量数据变化较小和运行状况比较稳定。4、4#机组：4#机组改造投运后气隙均值基本稳定、最大值区域基本稳定、最小值区域有变小的趋势、定子不圆度有少量变化、转子不圆度无变化、机组有振动异常现象；从07年10月至今几组数据基本趋于稳定，气隙平均值及最小值区域不再变化；通过对气隙均值比较和最小值变化趋势来分析，可以认为数据变化的原因是定子铁芯变形引起的，从近半年测量的几组数

19、据来看，设备测量数据和运行状况稳定。,华能青居水电站发电机修复后专家咨询会会议纪要2009年1月8日至9日，华能四川水电有限公司及华能嘉陵江水电有限责任公司邀请国内发电机专家以及东芝水电设备（杭州）有限公司（以下简称东芝水电）代表在四川省南充市东华大厦，就青居电站发电机修复后情况召开了咨询会（与会人员名单附后）。与会人员对4#机组拆机后的现场情况进行了查看，听取了青居电站技术人员和东芝水电代表对青居电站机组修复后的运行情况及4#机组拆机后的检查情况介绍，对发电机修复后的检测及运行数据进行了认真分析讨论，纪要如下：1、从各台机组修复后运行情况看，1#、2#、4#机组气隙稳定，3#机组气隙变小趋势

20、减缓，定子铁芯振动正常，结合4#机组拆机检查，与会专家一致认为发电机修复方案可行，措施有效，修复后能够满足运行要求；同时对东芝水电围绕机组修复所作的工作给予了充分肯定。2、对于4#机组定子铁芯下游侧测量半径数据第一象限有所变大，第三象限有所变小（从下游往上看）；定子铁心高度比上次大修变短；转子在磁极中部半径有所变小；水导轴承X向振动偏大；3#机组最小气隙仍有变化；空气间隙部分超标等情况，要求青居电站与东芝水电采取必要措施。,3、对青居电站的检修、运行专家建议如下:1)配置内窥镜对4#机组定子机座环板与鸽尾筋座的焊缝进行检查。2)进行4#机组铁芯压紧螺栓紧量检查；3)机组回装时综合考虑定子铁芯上、下部中心的情况，将空气间隙调整合适；4)进行定子机座与管型座连接螺栓、桨叶连接螺栓和主轴连接螺栓等重要连接件检查，必要时东芝水电应对强度进行复核并根据需要提高螺栓强度等级；5)4#机组大修投运时，补做机组甩100%负荷试验；6）联系机组状态监测系统制造商对机组状态进行跟踪检测分析。4、对于机组水导轴承X向振动偏大的问题，专家建议采取进行机组协联关系试验找出适合实际运行的协联关系（东芝水电协同完成）、适当增加刮瓦接触面等措施减小振动。,谢谢大家,2010.9.7,