發(fā)電機故障診斷(1)

1、發(fā)電機常見故障分析及診斷主要內(nèi)容故障的分類介紹第一節(jié) 機械故障的分類的原因與檢測第二節(jié) 噪聲異常 第三節(jié) 漏水第四節(jié) 漏氫第五節(jié) 過熱故障 機械故障的分類轉(zhuǎn)子振動和軸承振動超標轉(zhuǎn)動部件松動破裂甩出定子鐵心松動定子端部線圈及引線振動異常噪聲軸承密封瓦磨損漏氫漏水及漏油超速第一節(jié)第一節(jié) 機械故障特點及原因機械故障特點及原因振動超標和異常振動超標和異常 汽輪發(fā)電機的振動（轉(zhuǎn)子振動、軸承振動、定子鐵心振動、定子機座振動、定子端部繞組振動等），通常都是由機械的、電磁的等多種因素造成的強迫復雜振動。 采用快速付里葉算法（FFT算法）即可得到各種頻率成分的諧波分量。 常用的振動頻譜分析儀可直接給出頻譜圖。振

2、動分析中常用的特征量振動分析中常用的特征量1振動位移峰峰值：振動的通頻幅值AP-P(m) 即振動標準中考核的位移限值2振動頻譜圖：常用的振動頻譜分析儀可以給出二維譜圖和三維譜圖，可以得到在一定轉(zhuǎn)速下或不同轉(zhuǎn)速下的諧波分量(a) 二維譜圖（b）三維譜圖3 基波和諧波幅值 X1m和Xnm4 基波和諧波頻率 f1和fn5 基波和諧波相位 1和n檢測方法檢測方法1振動傳感器及應用：目前廣泛使用的有電渦流型、速度型和加速度型三種振動傳感器。電渦流傳感器 1-頭部線圈 2-固定螺帽 3-高頻電纜基本原理當傳感器頭部線圈上通入高頻（12MHz）電流時，線圈周圍產(chǎn)生高頻電磁場，在鄰近的金屬板表面產(chǎn)生電渦流，此

3、電渦流產(chǎn)生的電磁場與原線圈的電磁場方向相反，相互迭加，改變了原線圈的阻抗，當線圈尺寸及金屬板材料的電磁性質(zhì)一定時，則線圈阻抗變化值便是線圈與金屬板間距離d的單值函數(shù)，將傳感器的渦流線圈接入振蕩回路，經(jīng)放大、檢波、濾波后便可得到與距離大小成正比的輸出電壓。轉(zhuǎn) 軸傳感器前置器二次儀表原理動態(tài)圖振動標準1汽輪發(fā)電機振動限值GB/T 7064-1996 透平型同步發(fā)電機技術要求中的規(guī)定，對于額定轉(zhuǎn)速n3000r/min的汽輪發(fā)電機，振動限值下表范圍A：設備良好 范圍B：設備合格 范圍C：開始報警，安排維修 超出C：瞬時跳閘3.振動異常及實例 （1）空轉(zhuǎn)時振動超標通常是由于以下原因引起的： A轉(zhuǎn)子質(zhì)量不

4、平衡，據(jù)統(tǒng)計占此類振動超標的8090； B聯(lián)軸器故障和軸承不對中； C基礎剛度、軸承動剛度以及軸承座與臺板的連接剛度不足或存在共振（2）空載時振動隨電壓升高而增大：主要原因可能是鐵心或機座的自振頻率接近100Hz引起共振。例如：70年代末望亭電廠13機國產(chǎn)300MW雙水內(nèi)冷發(fā)電機空載機座振動高達140260m，并有嚴重噪聲，真機實測和分析計算表明機座固有頻率為100103Hz，十分接近鐵心電磁振動的激振力頻率100Hz，產(chǎn)生諧振，后經(jīng)頂部附加鐵質(zhì)消振質(zhì)量約2.5t，降低其固有頻率約7Hz，使機座振動降至1030m，滿足了運行要求。 （3） 振動隨勵磁電流增加而增大：主要原因是由于轉(zhuǎn)子通風不良（

5、風路堵塞等）或有匝間短路，使轉(zhuǎn)子隨勵磁電流增大而產(chǎn)生熱不平衡，甚至熱彎曲引起的。 (4) 突發(fā)性振動劇增，可能的原因是轉(zhuǎn)子部件的振動松脫，使轉(zhuǎn)子失去原有平衡以及密封瓦故障引起的。如鄒縣發(fā)電廠6國產(chǎn)600MW汽輪發(fā)電機在09年6月20日上午10:47帶370MW負荷運行，振動突然劇增，見表25，其原因為中心軸汽端堵頭脫出引起的。 3. 3.措施措施（1） 根據(jù)測試數(shù)據(jù)進行分析，找出引起振動的根源采取措施消除振源;（2）加強監(jiān)測，有條件的電廠應裝設一套“振動故障自動診斷系統(tǒng)”，以便及時發(fā)現(xiàn)故障，避免事故的發(fā)生。二、定子繞組的振動及固有頻率二、定子繞組的振動及固有頻率1.定子繞組電磁振動的根源電磁力

6、穿過槽部的磁通與定子線棒電流相互作用產(chǎn)生作用槽部的電磁力，此力有兩部分：一是槽中電流產(chǎn)生的橫向漏磁場與軸向電流相互作用產(chǎn)生的徑向電磁力，這是主要的，另一部分是當齒部飽和時槽中徑向磁通與軸向電流作用產(chǎn)生的切向電磁力。槽部電磁力的特點 (a)由兩部分組成，一部分為恒定分量，另一部分為交變分量。交變分量將引起線棒振動，其幅值與電流的平方成正比； (b) 交變分量的頻率為電流頻率的二倍； (c) 在事故狀態(tài)下，電流中含有直流分量時，電磁力將包含額定頻率的分量； (d) 在事故狀態(tài)下，電流的瞬變分量可能達到10倍，則電磁力將增加到100倍。端部電磁力的特點 (a)正常運行時，端部電磁力由恒定分量與交變(

7、倍頻)分量組成，其值與電流平方成正比，事故狀態(tài)下還有一次頻率分量，交變分量將引起端部線圈振動。 (b)端部電磁力的方向處于線棒橫截面內(nèi)，通常分為切向力（周向）和法向力（徑向），而且總是切向力大于法向力。一個相帶邊緣線棒所受切向力大于相帶內(nèi)其他線棒。2.端部繞組振動的幅值和固有頻率的限值（1）端部振動的幅值（峰峰值）目前國內(nèi)外尚無統(tǒng)一的規(guī)定，各個制造廠家規(guī)定的限值如下：1美國WH公司 允許254m2英國GEC公司 允許125（150）m（大亞灣機組）（2）固有頻率（四節(jié)點橢圓振型）GB/T 70641996 規(guī)定應避開基頻和倍頻的6%以上即避開4753Hz及94106Hz1DL/T 596199

8、6 規(guī)定應不得介于基頻或倍頻的10%范圍內(nèi)，即避開4555Hz和90110Hz2英國GEC公司 大亞灣900MW發(fā)電機預期值為80Hz3法國ALSTHOM公司 沙角C 660MW發(fā)電機應避開95115Hz4美國WH公司 應避開90120Hz3.測量方法（1）固有頻率的測量（2）端部繞組振動幅值的測量目前有機械式和光電式兩種傳感器，機械式多為壓電加速度計，光電式多為光纖位移傳感器。在制造廠內(nèi)試驗大都采用機械式，作為在線監(jiān)測兩種都有采用的。電壓表積分器濾波器巡檢儀電壓放大器加速度計4.定子端部繞組及引線振動引起的事故由于端部結(jié)構(gòu)和工藝上的缺陷，近幾年來大型機組定子端部繞組及引線振動大造成的事故已多

9、次發(fā)生。從原理上講振動幅值（對于額定頻率為50Hz的發(fā)電機） 1100FAfR式中 A振幅F電磁力，從上節(jié)分析可知取決于端部結(jié)構(gòu)尺寸以及運行電流； f固有頻率，取決于端部結(jié)構(gòu)和工藝； R結(jié)構(gòu)阻尼，也取決于端部結(jié)構(gòu)和工藝。為了減小振動幅值，一是使固有頻率f避開電磁力的頻率（100Hz），另一個因素就是增加結(jié)構(gòu)阻尼，因此，同一型號的發(fā)電機端部固定結(jié)構(gòu)相同，但是如果工藝上不一致，也會造成不同的結(jié)果。沙角C廠660MW發(fā)電機事故分析 進口GECALSTHOM公司660MW，19kV水氫氫型發(fā)電機三臺，其中2機，1997年10月2日帶負荷運行，A、C差動保護動作跳閘，發(fā)電機定子繞組嚴重損壞。3機1998

10、年6月11日帶678MVA負荷運行，突然接地保護動作，氫壓迅速下降，定子內(nèi)冷水導電率升高，出線箱大量冷卻水排出。2機：出線室端部環(huán)形引線燒斷三根，C相出線的環(huán)形引線E3燒斷1000mm，E3的T型接頭燒毀，相鄰的中性點環(huán)形引線S3燒斷400mm，S1燒斷250mm，E2和E1的相環(huán)絕緣層受到嚴重破壞。除了工藝上的隱患外，（因為E3相環(huán)連接C相出線的T型接頭引下線與轉(zhuǎn)接盒的連接是現(xiàn)場改制的），端部引線的振動和固有頻率接近100Hz是主要原因，共振造成疲勞開焊，引線燒斷，漏水接地事故。經(jīng)引線固有頻率測試3機S1在100Hz，E2在111Hz處均有明顯的諧振峰，2機六根引線均存在105Hz，110H

11、z的諧振峰。測試表明仍存在94115Hz范圍內(nèi)的固有頻率，其中E1、E2引線及相環(huán)T連接處存在98.5Hz的固有頻率，S1、S2、S3 引線在T連接處存在107Hz的固有頻率，并未徹底解決問題，目前是帶隱患運行。A事故情況B.損壞情況. 事故原因分析：D 引線加固改造后6. 6.預防措施預防措施（1）加強對定子繞組端部線圈磨損及緊固情況的檢查（2）大修時應進行模態(tài)試驗，對不合格（橢園振型固有頻率在94115Hz之間）的發(fā)電機，應進行端部結(jié)構(gòu)改進（3）加裝振動在線監(jiān)測裝置第二節(jié)噪聲異常第二節(jié)噪聲異常汽輪發(fā)電機是高速旋轉(zhuǎn)機械，具有較高的噪聲，既有較強的機械噪聲，也含有電磁噪聲和通風噪聲，GB/T

12、7064規(guī)定汽輪發(fā)電機噪聲聲壓級應不超過92dB(A)，如果運行中噪聲突然變化，表明可能出現(xiàn)故障。211NPAPAiiLLKN噪聲檢測方法對于現(xiàn)場運行的汽輪發(fā)電機組，屬于半混響聲場，可采用國標GB10069.2噪聲簡易測定方法。（1）測點距離發(fā)電機外殼1m； (2) 以發(fā)電機和主勵磁機為基準體布置測點，相鄰測點間距離應不大于1m； (3) 由于機組噪聲是汽機段和電機段兩個聲源迭加，若兩個聲壓級相等，迭加結(jié)果增加3dB，因此若電機段的平均聲壓級大于汽機段的平均聲壓級3dB時，電機段的測量應視為有效。如果兩段平均聲壓級差不大于3dB，則電機段的平均聲壓級應減去3dB（汽機段噪聲的影響）；（4）可以

13、不考慮其他背景噪聲的修正；（5）通常汽輪發(fā)電機周圍各測點聲壓級相差不大于dB，平均聲壓級的計算可采用近似公式： 式中：A計權平均聲壓級，dB(A) N測點總數(shù) LPi第i點測量的聲壓級dB(A)K2環(huán)境反射系數(shù)，通常取K246)A計權是為了反映人對不同頻率噪聲的感受程度，A計權以1000Hz為基準（0dB），低于1000Hz和高于6300Hz的噪聲進行衰減，對于大于1000Hz小于6300Hz的噪聲給予增益。(7) 噪聲譜的測量：為了分析噪聲源，在A計權平均聲壓級測定后對某些測點的噪聲不經(jīng)A計權網(wǎng)絡的噪聲頻譜進行測量。2噪聲測量儀器 (1) 應采用精密聲級計測量聲壓級，如國產(chǎn)ND2型以及丹麥B

14、&K公司2203型，日本小野公司LA220型等，聲級計在每次測量前必須校準，常見的是用活塞發(fā)聲器進行校準。也可以采用專門儀器測量聲強，它可以直接測量由聲源幅射的聲強，而與其他任何方向幅射來的聲強無關，英國GEC公司就是測量聲強來確定平均聲壓級的。（2）噪聲頻譜分析儀與振動頻譜分析儀相同神頭二電廠2#機500MW發(fā)電機異常噪聲的分析A基本情況：2#機為捷制500MW, 20kV水氫氫型汽輪發(fā)電機，1992年12月9日并網(wǎng)投運，至1994年12月13日停機共運行6890h，并網(wǎng)135次。1993年4月26日因定子繞組漏水，檢修過程中發(fā)現(xiàn)定子鐵心穿心螺桿螺母松動，用自制工具擰緊，最大緊固角為

15、410，其他運行正常。控制氫溫、定子繞組水溫、鐵心溫度均勻緩慢變化異音減弱，出現(xiàn)異音的負荷區(qū)域少，但不能完全消失。B故障現(xiàn)象：1994年11月9日帶有功350MW，無功150Mvar運行中聽到發(fā)電機內(nèi)異常聲音，增加有功至410MW時，異音消失，隨后11月11日在357385MW，12月3日在65MW88MW時均出現(xiàn)異音，12月13日有功升至68127MW時又出現(xiàn)異音伴有撞擊聲，緊急停機檢查發(fā)現(xiàn)汽端匯流管壓板螺栓松動，二條螺栓脫落，匯流管逆轉(zhuǎn)向移位2mm，鐵心背部有大面積紅色粉末，經(jīng)化驗含鐵和硅的成份，同時發(fā)現(xiàn)部分鐵心與鴿尾槽沖片尖角斷裂。隨后至1995年5月25日，2機又并網(wǎng)18次，異音出現(xiàn)1

16、7次， 噪聲頻譜分析表明，異音為定子鐵心正常電磁噪聲基礎上迭加的一種周期性變化的聲音，存在低頻高噪聲和中頻寬帶噪聲譜低負荷（380MW）下出現(xiàn)，高負荷下消失調(diào)節(jié)無功無影響C、原因分析設計制造質(zhì)量不良，鐵心迭壓不緊，運行后穿心螺桿松動定子鐵心溫度不均勻，多次冷態(tài)啟動，造成鐵心熱脹冷縮周期性變化，加劇了鐵心的松動，使電磁振動加大，產(chǎn)生異常聲音，同時使鐵心沖片磨損出現(xiàn)紅粉，部分鴿尾槽硅鋼片尖角斷裂。D處理及測試（a）拆除全部定子線圈。（b）以600t臥式油壓機在冷態(tài)和熱態(tài)下重新壓緊鐵心，而且各部分壓力均勻，壓緊前后尺寸注：出廠時鐵心固有頻率為160.5Hz。(d) 1995年8月7日維修工作完成，機

17、組并網(wǎng)，異音消失，運行正常。第三節(jié)漏水第三節(jié)漏水對于水冷發(fā)電機，漏水故障及其引發(fā)的電氣事故占有相當大的比重，據(jù)廣東電網(wǎng)的統(tǒng)計定子和轉(zhuǎn)子漏水故障占發(fā)電機總故障的26.4%，無論定子繞組或轉(zhuǎn)子繞組一旦發(fā)生漏水故障，往往會造成嚴重的后果，輕者威脅機組的安全運行，重者引發(fā)電氣短路事故燒毀發(fā)電機，因此應十分重視漏水故障。絕緣引水管破裂漏水事例分析 事件A鄒縣電廠2機國產(chǎn)300MW雙水內(nèi)冷發(fā)電機某日運行中定子接地保護、縱差、橫差保護動作停機，檢查發(fā)現(xiàn)系轉(zhuǎn)子引水管突然破裂漏水引起，造成定子A相繞組首尾短接、三相弧光短路。事件B吳涇電廠13機國產(chǎn)300MW雙水內(nèi)冷發(fā)電機定子接地、差動、發(fā)變組差動保護動作，停機

18、檢查發(fā)現(xiàn)系轉(zhuǎn)子勵端6復合絕緣引水管突然破裂漏水引起，造成定子引出端三相短路事故，定子繞組端部燒壞多處，空心導線燒斷，端部繞組、大小端蓋、導風圈均不同程度變形和損壞。檢查所有轉(zhuǎn)子絕緣引水管，發(fā)現(xiàn)勵端16根復合絕緣引水管內(nèi)襯管均有不同程度的縱向貫穿性裂紋，最嚴重的裂紋長150mm、寬2mm。 (1) 材質(zhì)不合格 如空心導線有裂紋，絕緣引水管有裂紋和砂眼等，加 強檢查，如空心導線渦流探傷。 (2) 材質(zhì)性能差 如轉(zhuǎn)子引水線拐角銅線已處于疲勞極限，容易斷裂漏水，轉(zhuǎn)子復合絕緣引水管性能差?，F(xiàn)已將拐角銅線改為進口的1Cr18Ni9Ti不銹鋼材料，絕緣引水管改為德國西門子技術國產(chǎn)化的外層不銹鋼絲編織，內(nèi)層四

19、氟塑料的絕緣水管。 (3) 定子繞組端部固定不牢固 固有頻率接近100Hz是造成端部線圈和引線振動大，引起空心銅線疲勞斷裂漏水，應改善端部和引線的固定結(jié)構(gòu)及工藝，減小振幅。 (4) 定子絕緣引水管布置及固定不合理 容易引起引水管磨損漏水，應改進布置，避免交叉，加強固定，避免磨損。 (5) 制造質(zhì)量 尤其是接頭焊接工藝質(zhì)量差是接頭漏水的重要原因，應該加強質(zhì)量管理，改進工藝措施，確保接頭焊接質(zhì)量。主要原因和解決措施(6) 金屬異物在電磁場的作用，“咬穿”空心導線引起漏水。如大亞灣核電站1機進口GEC 900MW水氫氫型發(fā)電機，1994年7月1日運行中發(fā)現(xiàn)定子冷卻水系統(tǒng)氫水分離箱漏氫/水位低報警，分

20、離箱上部氣體排放管有大量氣體間歇性噴出，氫壓下降6mbar/h，7月2日解列，抽轉(zhuǎn)子后發(fā)現(xiàn)17槽上層線棒端部側(cè)面（大面）有一小孔，距出槽口500mm，外部直徑6mm，內(nèi)部直徑3mm，故障點附近有一小片鐵磁碎片。分析認為制造時殘留的金屬異物，刺傷了線棒絕緣，在交變電磁場作用下振動“咬穿”空心導線，引起漏水。由于發(fā)現(xiàn)及時未造成事故。由于氫氣良好的導熱性，在大型機組中廣泛采用水氫氫冷卻方式，而且隨著容量的增大，氫壓逐步增高。典型氫冷機組的氫壓見表210。由于氫氣是最輕的氣體，其滲透性和擴散能力很強，因此高氫壓的發(fā)電機中，如果密封不嚴，極易發(fā)生氫氣泄漏。第四節(jié) 漏氫1.漏氫的危害（1）機內(nèi)氫壓不能保持

21、額定值，將影響發(fā)電機的出力；（2）消耗過多的氫氣增加制氫站的負荷；（3）發(fā)電機周圍的漏氫與空氣混合后，若氫氣濃度為475時遇電火花或高溫，可能著火甚至引起爆炸。2允許的漏氫量由于機內(nèi)為高氫壓，又是旋轉(zhuǎn)機械，雖然有各種密封裝置和措施，也不可能完全杜絕氫氣的泄漏，因此國內(nèi)外制造廠的技術條件和標準中都有明確的允許漏氫量。3.漏氫的部位（1）端罩和機座結(jié)合面（2）端蓋與端罩及上下半端蓋結(jié)合面（3）端蓋與密封瓦座結(jié)合面（4）定子引出線套管（5）氫氣冷卻器上下法蘭與機殼結(jié)合面4.漏氫的原因（1）焊縫的焊接質(zhì)量不良引起漏氫（2）轉(zhuǎn)子滑環(huán)導電螺釘或轉(zhuǎn)子軸中心孔端面堵板不嚴（3）氫氣管路漏氫（4）氫氣漏入定子繞

22、組內(nèi)冷水系統(tǒng)（5）密封瓦內(nèi)部漏氫典型事例及措施 徐州電廠5機國產(chǎn)200MW水氫氫型發(fā)電機 1999年某日排氫裝置上部引至排氫風機進口的“U”型管因安裝時內(nèi)部雜物未清理干凈，使底部疏水閥門堵塞，運行中放水量很小。油中水在“U”型管內(nèi)不斷凝結(jié)成水，逐漸積累，水位升高，致使排氫裝置上部排不出氫氣，氫壓升高，大量氫氣漏至811號瓦回油管，并從軸瓦處漏出。又因主勵滑環(huán)碳刷冒火，遇氫后立即起火，被迫停機6天，少發(fā)電2784萬kWh。 1993年9月渾江發(fā)電廠5#國產(chǎn)200MW水氫氫型發(fā)電機發(fā)生漏氫著火事故，事故原因是，在機組大修時錯誤地將密封油冷油器濾網(wǎng)端蓋的石棉墊更改為膠皮墊，機組投入運行后，膠皮墊在壓

23、力、溫度、和腐蝕介質(zhì)的作用下?lián)p壞，致使密封油系統(tǒng)發(fā)生泄漏，密封油壓下降，雖然直流油泵聯(lián)起也不能滿足發(fā)電機氫壓的要求，導致氫氣從發(fā)電機端蓋外漏，被勵磁機自冷風扇吸進滑環(huán)處，引起氫氣著火。保證氫冷系統(tǒng)的嚴密性，檢修后必須進行氣密性試驗在發(fā)電機出線箱與封閉母線連接處應裝設隔氫裝置，防止氫氣漏入封閉母線監(jiān)測定子水內(nèi)冷系統(tǒng)的含氫量，當（體積含量）超過3%時，應加強電機監(jiān)視，超過20%應立即停機處理1. 1.定子繞組過熱故障定子繞組過熱故障 定子繞組溫度檢測方法和標準(1) 槽內(nèi)上下層線棒間埋置檢溫計：通常采用熱電阻元件如銅電阻（10，50等）或鉑電阻（10，100等），為了提高可靠性，大型機組每槽埋置2

24、只元件（一只運行，一只作備用）。 (2) 定子線圈出水溫度測量：通常在出水端絕緣引水管的水接頭上安裝銅一康銅或鎳鉻康銅熱電偶元件，也可以采用端面型銅電阻或鉑電阻元件。每條出水支路上一只元件。對于上下層線棒的出水支路并聯(lián)共一路出水的機組（如國產(chǎn)200MW、300MW發(fā)電機），很難從水接頭的溫度來判斷過熱的線棒，應同時與槽內(nèi)測溫元件的指示溫度結(jié)合起來分析判斷。 (3)GB/T 7064標準規(guī)定 A溫度： 槽內(nèi)層間元件為120，出口水溫度為85，出口氫溫度為110。 B溫差：出口水溫差（每根線棒單獨出水）為8K。(4)規(guī)定A層間元件溫差或出口水溫差達8時報警，及時查明原因，此時可降低負荷B層間元件溫差達14或出口水溫差達12，或任一槽內(nèi)層間元件溫度 超過90或出口水溫度超過85時，在確認測溫元件無誤后，應立即停機處理。第五節(jié)第五節(jié) 過熱故障過熱故障2.過熱原因及故障實例（1）定子繞組水路的堵塞A異物堵塞：橡皮墊