大型發電機低本高效的狀態檢修策略研究

華能武漢發電有限責任公司 吳永兵

摘要：綜合分析全國部分大型火力發電機組各種狀態信息，運用行之有效的檢測手段，對發電機的內、外部綜合檢查，并提出針對性的狀態檢修方案，對發電機的健康狀態建立評估系統模塊，并進行評估，進而探討對應不同發電機故障的低本高效檢修策略。

關鍵詞：發電機;狀態評估;檢修策略

0前言

大型發電機以往采用定期預試、計劃檢修的固定模式，日益暴露出其缺陷，主要表現在：一是臨時性檢修頻繁，修后質量無法保證;二是計劃性大修周期鎖定，各企業大、小修項目制定盲目，修理成本高居不下;三是定期預試和運行狀態監測發現的問題不能及時徹底處理解決;四是檢查、檢測技術落后，機組深層次的隱患不易發現。隨著電力工業的發展，適時提出了對發電機進行狀態檢修(CBM)，發電機狀態檢修是在發電機絕緣監督領域中，從發電機故障案例出發，對各種易發故障現象進行歸類總結的基礎上結合預防性試驗的手段、從計劃檢修的模式下脫穎而出的一種新模式，它檢修的依據不局限于預防性試驗的數據，而是在收集、掌握、分析發電機的各種狀態信息的基礎上，進行綜合判斷，評估發電機狀態，從而指導發電機的檢修。

1低本高效狀態檢修策略分析

(1)首先要摸清運行中發電機異常狀態來源。各種異常發現的越早，對發電機的停機消缺、檢測或檢修就越具有指導意義，越能避免潛在的隱患演變成事故。

發電機狀態，是一個連續的系統性概念，指發電機設計、材料選用、組裝、運輸、現場施工、調試、運行的狀況以及投運以來發生過的異常情況，如發電機組運行過程因故障產生過電流、過電壓、過負荷等，都會對設備的狀態產生影響。影響發電機狀態的因素有很多，但以下幾個主要因素是需要高度重視：制造質量、安裝質量、運行工況、操作維護、檢修的工藝標準、發電機本身的壽命周期。

(2)大型發電機不抽轉子故障診斷技術的應用和局部微創檢修技術的開展，能較好地保證原機組良好運行工況不變，發現和解決發電機組潛在的隱患和故障。有效的縮短了檢修工期，節約了大量檢修費用，降低了抽轉子檢修的風險。積累了各種狀態檢修、檢查、檢測的經驗。

【案例1】華能石洞口二電廠采用ABB開發的鋼絲牽引沿發電機氣隙縱向移動機械小車見圖1，即可目測發電機定，轉子鐵芯，槽楔表面和轉子護環內側，又可在“小車”上裝一個可以發出一定振打力和頻率的”小錘”，通過振動傳感器，將振打槽楔的振幅轉換成電信號，由光纜輸送到頻響分析儀作計算處理，判斷出槽楔松緊度。該方法明顯優于抽轉子后的人工測量，規避了發電機抽轉子檢測槽楔和鐵芯的盲目性，降低了大修風險。應用這套裝置成功的發現該廠#1機轉子第E槽中部一塊槽楔斷裂。

應用該裝置還可測量鐵芯層間絕緣，換上一個可測量磁通的探頭，沿定子鐵心齒面自動移動，當轉子本體作為一個單匝線圈通過一個外加約100A、50Hz的交流電時，定子鐵心齒面即會感應出一個漏磁通，見圖2。把采集到的漏磁通轉換成電信號數據處理。若鐵芯表面存在某點短路，則會在顯示器出現一個變化的脈沖。因ABB裝置采用該法激磁電流大，能使整個定子鐵芯都產生磁通，故探測范圍廣，反應靈敏，不存在死角。該裝置還能檢測大軸絕緣和分析轉子繞組匝間絕緣。

結合上述故障狀態檢測的應用，我們更應倡導發電機在不抽轉子的情況下，對下列項目進行微創檢修：端部線圈壓板松動緊固或更換，轉子導電螺釘松動密封件更換，絕緣引水管和溫度測點更換等微創檢修，并結合傳統的發電機絕緣試驗等內容，構筑一套低本高效的狀態檢修模式。

(3)隨著發機組狀態檢修的深入開展，傳統的計劃性檢修次數會逐步減少，檢修周期開始延長，對于無法回避又十分難得的發電機組大、小修機會，我們各企業更應加大檢查范圍，檢測深度。對機組先天不足的構件進行改造，對機組長周期運行后容易磨損的軸承，端部線圈松動，發電機上、下端蓋結合面漏氫，內冷水系統中線棒容易堵塞，發電機各部位絕緣老化，鐵芯、線棒溫度測點失靈又無法更換等共性問題，應借鑒它廠成功經驗進行歸類、總結、分析，提出合理切實可行的檢修方案，延長發電機使用壽命，保證機組長周期運行。

(4)發電機組大、小修的過程控制是保證機組修后質量的重要手段，現在許多發電公司的發電機大修工作已經外包，過程控制的環節更顯得尤為重要，借鑒國外先進的現場管理理念，發電機檢修現場增設視頻監視裝置，對作業人員的現場檢修加強過程控制。同時在發電機解體后的檢測，檢查階段聘請有關專家會診，對一些較難進入的人孔門、發電機內部通風管、發電機背部風區隔板和定子鐵芯固定大筋檢查，檢修。特聘請身材小巧專業技術工人，入內查看，處理隱患，確保了機組修后質量。

(5)發電機建立狀態采集、狀態分析，評估和對應狀態檢修模塊，每個模塊的工作完成后才能向下一級模塊推進，也是發電機實現低本高效狀態檢修的一個重要環節，每個模塊之間是相互關聯，互為因果的關系。

2發電機氫系統模塊狀態評估系統的建立

通過對發電機油系統、內冷水系統、開式循環水系統、發電機本體外殼和外圍氫管道系統的在線監測和公式推導，運用軟件專家分析系統，建立發電機氫系統狀態評估模塊，并通過該模塊明確發出氫氣的泄露量、泄露的部位、危險指數、應采取的安全措施和檢修處理建議。

3發電機定予線棒絕緣壽命狀態評估系統模塊的建立

發電機絕緣材料的選擇、發電機繞組局部放電監測(可定位發電機定子繞組系統內的局部放電點)、絕緣電阻，極化指數及吸收比，交直流耐壓，發電機運行中各冷卻介質的參數(氫、水系統流量、流速、壓力檢測、氫氣濕度)，近期受到的故障沖擊(過電壓，過電流)和運行中各部位溫度的監測，介損、鐵損，轉子風速，定子流量檢修數據，建立發電機絕緣模塊狀態評估系統。

4發電機轉子狀態檢測評估系統與診斷模塊的建立

結合原動機(汽輪機)機械動力學行為、電力系統電氣行為、發電機軸系運行狀態(轉速，振動)及電磁行為監測信息，由機電耦合參數模型分析發電機(包括軸承)動態行為，實現軸系振動故障報告，完成該評估報告還應結合歷史檢修數據(如：汽發勵軸系的同軸數據、發電機定、轉子間隙、發電機轉子配重螺釘的檢測，定、轉子通風系統的檢查，轉子勵磁回路絕緣的檢測，轉子匝間短路，軸接地故障的監測，軸瓦絕緣座的檢查，軸電腐蝕和磨損的情況)。

圖7發電機多重保護系統可靠性狀態分析

綜合以上5大狀態模塊信息系統分析結果可以對發電機狀態信息評估進行準確評估，現將其狀態分為四個等級：A級，正常狀態;B級，可疑狀態：C級，不良狀態;D級，危險狀態。

同時對不同狀態分析結果可給出不同的三種檢修模式建議：1不修(繼續運行);2局部檢修(停機或不停機檢修);3大修(停機抽轉子檢修)。

發屯機正常狀態主要條件：

A、正常狀態：指運行正常、試驗數據正常或其中個別試驗參數可疑，但數據穩定。正常狀態的發電機必須同時滿足如下條件：

(1)發電機制造、運輸質量良好，符合技術協議及有關標準要求;在提高絕緣水平、抗短路能力及適應調峰方面有措施，出廠試驗、交接安裝試驗一次性通過，發電機無任何薄弱環節和缺陷等。

(2)定子繞組的絕緣電阻、吸收比和極化指數在周期內保持穩定且符合標準。

(3)發電機運行參數正常，機組振動、噪音及巡回檢查未發現異常，紅外測溫無局部過熱現象。

(4)發電機各部溫度正常，定冷水導電率、PH值、氫氣純度和濕度正常，漏氫量不超標，油系統運行正常且油質合格。

(5)空載特性、短路特性、鐵芯損耗試驗、定子繞組及端部泄漏電流、耐壓試驗、O.lHz超低頻耐壓試驗合格。

B、發電機可疑狀態主要條件

可疑狀態：指在試驗、檢修周期內，發現某些參數反映發電機內部可能有異常現象，但仍有很多不確定因素。凡有下列諸因素之一均屬此狀態：

(1)在試驗周期內首次發現定子繞組絕緣下降到前次70%以下，但絕對值(200C時)≥500M，極化指數≥2，吸收比≥1.6。

(2)在試驗周期內首次發現轉子繞組絕緣、軸承絕緣、蜜封支座及中間環絕緣、穿心螺桿絕緣、端部鐵芯及軸瓦熱電偶絕緣、電阻測溫元件絕緣等絕緣測試值較前次下降30%以上，但仍在標準限值以上。

(3)發電機各部溫度或者考核溫差不正常升高，但仍在報警限值以內。

(4)定冷水導電率、PH值、氫氣純度和濕度等參數異常，超過期望值規定但仍小于報警值：額定壓力下的定子冷卻水流量明顯降低，但仍在報警值以上。

(5)定子繞組絕緣電腐蝕檢查發現異常但數值在允許范圍。

(6)定子繞組備相或備分支的直流電阻值，相互間差別以及與初次(出廠或交接時)測量值比較，相對變化大于1%。

(7)定子鐵芯試驗時，磁密在1T下齒的最高溫升明顯增大，但仍然<25K，齒的最大溫差<15K。

(8)空載特性、短路特性試驗過程及記錄中發現空載特性和短路特性曲線較出廠或歷年的試驗有下降現象，但仍在允許的范圍內。

C、發電機不良狀態主要條件

不良狀態：指歷次周期性試驗或跟蹤測試結果分析存在故障，且基本確定故障部位及故障原因，判斷這種故障在短期內不會發生事故。凡有下列因素之一，均屬此狀態：

(1)定子繞組絕緣、轉子繞組絕緣、軸承絕緣、密封支座及中間環絕緣、穿心螺桿絕緣、端部鐵芯及軸瓦熱電偶絕緣、電阻測溫元件絕緣等低于標準規定。

(2)發電機備部溫度或者考核溫差超過報警限值但在跳閘值以下，如線圈層間電阻測溫元件最高與最低的溫差超過8℃但小于120C。

(3)定冷水導電率、PH值、氫氣純度和濕度等超過標準規定;額定壓力下的定子冷卻水流量明顯降低至報警值。

(4)定子繞組絕緣電腐蝕檢查發現：線棒出槽口處表面絕緣電阻>0.5M;線棒表面電位>100V;發電機運行中，測溫元件感應電壓超過>10V。

(5)定子繞組端部手包絕緣表面電位測量>500V。

(6)反映發電機異常運行工況的保護動作跳閘。

(7)空載特性、短路特性試驗過程及記錄中發現空載特性和短路特性曲線較出廠或歷年的試驗有明顯下降。

(8)轉子交流阻抗測量值比出廠值降低10%以上;單開口變壓器測轉子匝間短路發現，測量出的角度差超過90或電壓值小1/3平均值。

D、發電機危險狀態主要條件

危險狀態：指試驗數據或運行參數表明發電機內部故障已不能運行或運行中隨時有可能發生事故。凡有下列因素之一均屬此狀態：

(1)定子繞組絕緣、轉子繞組絕緣嚴重低于標準規定。

(2)發電機軸振超過0.254mm跳閘，存在明顯雜音。

(3)漏氫量嚴重超標，無法維持額定氫壓運行。

(4)定冷水流量突然降低，斷水保護動作跳機。

(5)發電機發生嚴重的非同期并列情況。

(6)反映發電機定子繞組三相/兩相短路、單相接地、匝間短路、轉子繞組兩點接地等嚴重故障的保護動作。

(7)發電機運行中備部溫度嚴重超過限值。

(8)發電機出現嚴重的內部漏水現象，甚至伴有定子、轉子接地。

7低耗高效狀態檢修策略

通過對發電機的狀態評估，確定其對應狀態，進而針對處于不同狀態的發電機，采取不同的檢修策略。

(1)正常狀態的檢修策略：持續運行，勿需檢修，但應保持正常在線監測、離線的周期性試驗以及值班員和專業維修人員定期的巡視檢查。

(2)可疑狀態的檢修策略：可繼續運行，但應縮短試驗周期并加強跟蹤監測，在監測期間沒有進一步劣化趨勢并穩定在某一合格值內，發電機可不進行維修。機組一旦停運，按照發電機綜合分析模塊發出檢修指令可進行深度的停機檢查，并根據檢查結果決定發電機進行局部或抽轉子大修。

(3)不良狀態的檢修策略：說明發電機的安全可靠性在下降，必須通過檢修才能恢復到正常狀態，依據綜合狀態模塊診斷診斷結果，抓緊安排停運，進行有針對性的檢修。

(4)危險狀態的檢修策略：應緊急停運投入恢復性檢修，檢修后經試驗合格方可重新投入運行。

8結束語

發電機狀態評估、局部微創檢測、檢修技術的發展，將會使基于狀態評估的狀態檢修技術在實際中的應用越來越廣泛，備發電企業適時開展發電機狀態檢修管理體制創新，建立發電機狀態信息管理專家系統，提高狀態分析水平，是狀態檢修決策的關鍵。同時開展發電機微創檢查，局部檢修技術的培訓也是保證低本高質狀態檢修的有效手段。

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