MW進(jìn)口發(fā)電機(jī)線棒改造研究及應(yīng)用(已校)

1、.600MW進(jìn)口發(fā)電機(jī)線棒改造研究及應(yīng)用倪霄峰（國電浙江北侖第一發(fā)電有限公司浙江省寧波315800）【摘要】國電浙江北侖第一發(fā)電有限公司2號發(fā)電機(jī)是法國ALSTOM公司進(jìn)口的600MW發(fā)電機(jī)，投運(yùn)至今已有14年。2006年2號發(fā)電機(jī)運(yùn)行中發(fā)生定子線棒絕緣故障，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為徹底解決線棒絕緣問題，決定對發(fā)電機(jī)線棒進(jìn)行改造。本文對線棒故障的原因進(jìn)行了分析，對線棒改造的可行性進(jìn)行了研究，并介紹了定子鐵芯局部修理的新工藝，對今后大型發(fā)電機(jī)的改造具有借鑒作用?！娟P(guān)鍵詞】600MW 發(fā)電機(jī) 線棒 改造1設(shè)備概況國電浙江北侖第一發(fā)電有限公司2號發(fā)電機(jī)是法國ALSTOM公司產(chǎn)品，其中定子由北

2、京北重汽輪電機(jī)有限責(zé)任公司組裝。發(fā)電機(jī)型號：T264640，視在功率：690MVA，功率因數(shù)：0.9，額定電流：19919A，額定電壓：20kV，絕緣等級：F，冷卻方式：水、氫、氫，勵磁方式：旋轉(zhuǎn)二極管 無刷勵磁。1994年投入運(yùn)行。2改造原因2006年5月5日，2號發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)發(fā)生定子線棒絕緣故障，故障導(dǎo)致勵側(cè)兩根線棒主絕緣損壞，故障點(diǎn)附近的定子鐵芯局部受損。從線棒解體情況看，線棒端部絕緣呈松散狀態(tài)，沒有整體固化，導(dǎo)致運(yùn)行中絕緣逐漸劣化。主要原因是線棒端部絕緣采用液壓工藝，整體緊力不夠。在修復(fù)過程中，又有9根線棒絕緣不能承受直流24kV耐壓試驗(yàn)而擊穿，最后整機(jī)只進(jìn)行了檢查性的交流20kV

3、耐壓試驗(yàn)。發(fā)電機(jī)降為二類絕緣設(shè)備，安全運(yùn)行的可靠性非常低，隨時(shí)有再次發(fā)生故障的可能性。3改造可行性研究故障發(fā)生后，公司對此高度重視，啟動了2號發(fā)電機(jī)定子線棒整體改造的可行性研究?？紤]到技術(shù)服務(wù)、備品配件、改造費(fèi)用等方面的因素，我們進(jìn)行了線棒國產(chǎn)化改造的相關(guān)調(diào)研和準(zhǔn)備工作，委托上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司對2號發(fā)電機(jī)線棒改造進(jìn)行可行性研究，并考察了上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司的線棒生產(chǎn)車間。方案完成后，邀請國內(nèi)發(fā)電機(jī)專業(yè)的部分專家對方案的可行性進(jìn)行了評審。專家認(rèn)為上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司編寫的北侖2號發(fā)電機(jī)線棒改造方案總體可行，但還存在以下幾個主要問題：1）方案中空導(dǎo)線棒選用壁厚為1.25mm，上海汽發(fā)公司的

4、600MW發(fā)電機(jī)成熟技術(shù)的空導(dǎo)壁厚為1.35mm，因此1.25mm壁厚空導(dǎo)的制作技術(shù)是否成熟，還需要驗(yàn)證。2）由于原引線不更換，且沒有原線棒設(shè)計(jì)圖紙，線棒模具制作尺寸確定主要靠實(shí)際測繪，安裝時(shí)可能會出現(xiàn)線棒與引線接口錯位的問題。3）上海汽發(fā)公司對ALSTOM機(jī)組的結(jié)構(gòu)性能不熟悉，沒有改造經(jīng)驗(yàn)。改造工期較長，三班倒24小時(shí)連續(xù)作業(yè)需要55天。同時(shí)我們聯(lián)系A(chǔ)LSTOM公司，要求提供2號發(fā)電機(jī)線棒改造的可行性方案。ALSTOM提供了兩個改造方案，一個是采用原工藝的線棒進(jìn)行整體更換，線棒端部主絕緣沒有整體固化的關(guān)鍵問題還是存在。改造工期較長，兩班24小時(shí)連續(xù)作業(yè)需要55天；另一個是采用前ABB工藝的不

5、銹鋼空導(dǎo)線棒和端部錐體結(jié)構(gòu)的改造方案，兩班24小時(shí)連續(xù)作業(yè)工期35天。下面就這三個方案從制作工藝、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工工期等方面進(jìn)行綜合比較： 方 案項(xiàng) 目方案一方案二方案三不銹鋼線棒原設(shè)計(jì)的線棒線棒國產(chǎn)化制造廠ALSTOM（ABB技術(shù)）ALSTOM上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司線棒結(jié)構(gòu)由兩根單根線棒組成，每個單根線棒由二排銅導(dǎo)線和不銹鋼空心導(dǎo)線組成。線棒換位采用改進(jìn)型的羅貝爾交換編織，比原結(jié)構(gòu)的損耗更小。由四排銅的實(shí)心導(dǎo)線和空心導(dǎo)線組成。由四排銅的實(shí)心導(dǎo)線和空心導(dǎo)線組成。由于絕緣層厚度增加，而孔導(dǎo)的內(nèi)截面要保證，故選用壁厚為1.25mm的空導(dǎo)。上海汽發(fā)公司的600MW發(fā)電機(jī)成熟技術(shù)的空導(dǎo)壁厚為1.35mm

6、，因此1.25mm壁厚空導(dǎo)的制作技術(shù)是否成熟，還需要驗(yàn)證。線棒模壓直線段和端部整體模壓，一次成型。直線段整體模壓，端部采用液壓工藝，緊力不夠，導(dǎo)致端部絕緣層分離，沒有整體固化成型。直線段和端部整體模壓，一次成型。槽楔槽口楔塊采用凹形彈性楔塊，使線棒受力更加均勻。平面楔塊和波紋板結(jié)構(gòu)。平面楔塊和波紋板結(jié)構(gòu)。水盒采用不銹鋼水盒，水盒分成兩部分，不銹鋼管從水盒內(nèi)部焊到底座上，然后再焊接水盒封蓋。實(shí)心銅導(dǎo)線不進(jìn)入水盒，解決了導(dǎo)線股間滲漏的問題。采用原設(shè)計(jì)，水盒采用銅精加工成型。水盒焊接工藝進(jìn)行改進(jìn)，焊料填充率由原來的5060，提高到90。水盒分成兩部分，水盒套在導(dǎo)線上先進(jìn)行焊接，檢查無滲漏后，再焊接水

7、盒封蓋。端部支撐系統(tǒng)采用軸向彈性的懸掛端部支撐系統(tǒng)。端部是一個整體的錐體結(jié)構(gòu)，端部結(jié)構(gòu)更加牢固，防振性能更好。原端部結(jié)構(gòu)不變。原端部結(jié)構(gòu)不變。引線原引線要更換。新的端部引線預(yù)先安裝在錐體上，直接與線棒連接，施工比較方便。原引線不更換。原引線不更換。因?yàn)闆]有原線棒設(shè)計(jì)圖紙，線棒模具制作尺寸確定主要靠實(shí)際測繪，安裝時(shí)可能會出現(xiàn)線棒與引線接口錯位的問題。改造經(jīng)驗(yàn)已在南非、法國、美國等電廠成功改造20多臺600MW發(fā)電機(jī)。線棒結(jié)構(gòu)沒有改變，只是對水盒制造工藝和焊接工藝進(jìn)行改進(jìn)。沒有ALSTOM機(jī)組的改造經(jīng)驗(yàn)。工期設(shè)計(jì)制作時(shí)間10個月10個月15.5個月現(xiàn)場施工時(shí)間35天55天55天現(xiàn)場施工一周六天，每

8、天兩班12小時(shí)作業(yè)一周六天，每天兩班12小時(shí)作業(yè)每天三班作業(yè)經(jīng)濟(jì)性能按一臺機(jī)組每天發(fā)電量 1200萬kW.h，利潤按0.05元/kW.h計(jì)算，每天的利潤為60萬元。總體折合費(fèi)用方案一比方案三的現(xiàn)場施工時(shí)間少20天，可以多創(chuàng)造利潤1200萬元。方案二與方案三的現(xiàn)場施工時(shí)間一致。費(fèi)用最高。費(fèi)用最低。經(jīng)過綜合分析比較，最終確定方案一為2號發(fā)電機(jī)定子線棒改造的首選方案。4技術(shù)特點(diǎn)ABB工藝的空導(dǎo)線棒及端部錐體結(jié)構(gòu)的主要技術(shù)特點(diǎn)有：1）定子線棒定子線棒由實(shí)心銅導(dǎo)體和空心的不銹鋼管子組成?？招膶?dǎo)線采用不銹鋼制作，與空心銅導(dǎo)線相比，能夠有效防止空心導(dǎo)線內(nèi)壁結(jié)垢、腐蝕的問題。線棒的主絕緣系統(tǒng)耐壓值高，機(jī)械強(qiáng)度

9、大，抗老化性能好。無縫不銹鋼管全部經(jīng)過100的渦流測試。線棒采用改進(jìn)的羅貝爾雙540度交換編織。這種設(shè)計(jì)的特色是銅導(dǎo)線和不銹鋼導(dǎo)線在線棒內(nèi)部進(jìn)行交換編織，減少損耗，提高了效率。不銹鋼空導(dǎo)線棒比銅的空心線棒總體損耗下降200kW，發(fā)電機(jī)最大出力增加60MW。線棒水盒采用不銹鋼材料，上下層線棒的電氣連接和水回路連接是分開的。這樣的結(jié)構(gòu)能有效防止水盒內(nèi)部因腐蝕產(chǎn)生的裂縫，從技術(shù)上徹底消除水盒漏水的風(fēng)險(xiǎn)。見圖2。 圖1 羅貝爾交換編織 圖2 不銹鋼水合2）槽楔線棒楔塊采用凹形彈性楔塊（見圖3、4），上部楔塊提供彈力。這種結(jié)構(gòu)楔塊緊力的調(diào)整，不需要拆除余下的楔塊，全部的楔塊可單獨(dú)測試。ALSTOM的標(biāo)準(zhǔn)

10、大約10年后（大約80，000小時(shí)）進(jìn)行重新調(diào)整楔塊的緊力。與以前傳統(tǒng)的采用平面楔塊和波紋板結(jié)構(gòu)相比，ALSTOM的雙凹面結(jié)構(gòu)的楔塊能更好地為線棒提供均勻的壓力。采用此結(jié)構(gòu)槽楔的發(fā)電機(jī)允許大修周期間隔延長至10年，原2號發(fā)電機(jī)檢修周期為六年，節(jié)約了發(fā)電機(jī)特殊項(xiàng)目的維修時(shí)間和成本。 圖3 楔塊組合 圖4 槽內(nèi)線棒斷面結(jié)構(gòu)3）端部支撐系統(tǒng)新的端部支撐系統(tǒng)是軸向彈性的懸掛支撐系統(tǒng)。該錐體是玻璃纖維材料經(jīng)過車床加工出來的一個尺寸合適的整體，（代替以前原來結(jié)構(gòu)中的喇叭口中的內(nèi)環(huán)等）。見圖5、6。 圖5 錐體及引線 圖6 勵側(cè)錐體結(jié)構(gòu)端部支撐系統(tǒng)特點(diǎn)：l 足夠的強(qiáng)度防止各部件之間的移動。l 緊固部件牢固能

11、承受電網(wǎng)短路引起的沖擊。l 允許引線牢固加緊。4）硅鋼片鑲嵌工藝修復(fù)受損鐵芯2006年2號發(fā)電機(jī)故障時(shí)導(dǎo)致勵側(cè)鐵芯端部局部損壞。鐵芯修補(bǔ)中，切除了鐵芯端部受損部位的齒段，加工出鳩尾槽，再用新的硅鋼片疊層結(jié)構(gòu)，加工成相應(yīng)的形狀，鑲嵌在切除部位，固定牢固，替代原來的鐵芯。使用硅鋼片鑲嵌工藝修復(fù)受損鐵芯，在國內(nèi)是第一次使用，采用此工藝，技術(shù)原理先進(jìn)，但加工精度要求高，施工難度大，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)少、風(fēng)險(xiǎn)大。而目前國內(nèi)常用的修補(bǔ)方法是用環(huán)氧絕緣塊加工成相同形狀，鑲補(bǔ)在受損部位。兩者相比較，用硅鋼片鑲嵌工藝的“假齒”運(yùn)行中也有磁路經(jīng)過，實(shí)際上是參與工作的，其磁場分布相對均勻，更加接近實(shí)際運(yùn)行狀況。而環(huán)氧絕緣塊鑲

12、嵌的“假齒”無磁路經(jīng)過，因此不參與工作。見圖711。為了監(jiān)視假齒的工作情況，防止運(yùn)行中出現(xiàn)異常情況。我們分別在假齒部位安裝了溫度測點(diǎn)和振動測點(diǎn)，使運(yùn)行中假齒的溫度和振動值能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。見圖12、13。 圖7 鑲嵌的硅鋼片（假齒） 圖8 假齒溫度測點(diǎn)布置 圖9 假齒裝配圖 圖10假齒端部裝配圖 圖11 修復(fù)后假齒 圖12 假齒振動及溫度測點(diǎn) 圖13 振動測點(diǎn)引出線 圖14 濾網(wǎng)上雜物5 改造的經(jīng)驗(yàn)和總結(jié)發(fā)電機(jī)改造工作總體比較順利?；仡櫿麄€改造過程，有不少經(jīng)驗(yàn)值得我們?nèi)フJ(rèn)真地總結(jié)和提高。1）設(shè)備的技術(shù)改造工作，要充分考慮新材料、新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用，不斷提高設(shè)備的安全性、可靠性，提高設(shè)備的附加

13、值。2）目前發(fā)電機(jī)在線監(jiān)測手段較少，隨著技術(shù)條件的成熟，比如振動監(jiān)測設(shè)備的逐漸應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)振動的實(shí)時(shí)監(jiān)控，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)早期的異常情況。2號發(fā)電機(jī)的振動實(shí)時(shí)值通過“北侖電廠600MW發(fā)電機(jī)振動監(jiān)測分析與故障診斷系統(tǒng)”安裝到相關(guān)用戶的客戶端，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。3）發(fā)電機(jī)線棒改造后，盡管對膛內(nèi)事先進(jìn)行防護(hù)，事后進(jìn)行反復(fù)清理檢查，總歸在某些角落還是有一些異物。如果不有效清理掉，對今后的運(yùn)行造成影響，嚴(yán)重的還會引發(fā)設(shè)備事故。我們在機(jī)組啟動試驗(yàn)前進(jìn)行了發(fā)電機(jī)的通風(fēng)試驗(yàn)。在氫冷器外側(cè)各安裝了一道濾網(wǎng)，通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，使機(jī)內(nèi)尚存的一些異物隨高速旋轉(zhuǎn)的氣流循環(huán)停留在濾網(wǎng)上。發(fā)電機(jī)升速至3000r/min后停留1小時(shí)，然后轉(zhuǎn)速下降至1200r/min停留3小時(shí)，然后轉(zhuǎn)速下降至0，拆除氫氣冷卻器側(cè)的濾網(wǎng)，發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)和安裝濾網(wǎng)部位有一些絕緣雜物，進(jìn)行了清理。見圖14。4）對改造區(qū)域?qū)嵤┓忾]式管理，專人24小時(shí)巡邏值班。施工區(qū)域搭建隔離圍欄，發(fā)電機(jī)區(qū)域搭設(shè)檢修專用平臺及防塵室，減少了改造期間對發(fā)電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生污染的可能性，減少了改造的風(fēng)險(xiǎn)。