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国产200MW氢冷发电机转子护环裂纹原因浅析及预防对策

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2007/12/19 0:02:25   

 关键词:  200MW 发电机 电机

作者:薛丰 

摘要:从材质、运行环境、检修工艺等多个方面对国产200MW氢冷发电机转子护环产生裂纹的原因进行了分析,并据此提出了相应的预防对策,对预防转子护环裂纹的产生和扩大以及提高机组运行的安全可靠性,都具有重要的意义。
要害词:护环 裂纹 分析 防范
1 前言
我厂#5--#8四台200MW汽轮发电机,均为四川东方电机厂生产,分别于一九八五年至一九八七年间投入生产运行。这四台机组都是采用水-氢-氢的冷却方式,即发电机定子线圈采用冷却水冷却,定子铁芯及转子采用氢气进行冷却,工作中的冷却氢气额定运行参数如下:工作氢压为0.3MPa,冷却氢气用量为35m3/s,氢气纯度要求不小于96,氢气湿度要求在0.3MPa下不大于10g/m3,进风温度要求35~40摄氏度,机内充气容积为83m3。
二零零零年一月,我厂进行八号发电机组大修,在抽出发电机转子,扒下转子两侧大护环进行金属探伤时,发现励侧护环键槽内有细小裂纹五处,其中两处用角磨机打磨掉20mm后,裂纹依然未能磨掉,而护环键槽壁厚仅45mm,只好更换一个新护环。二零零一年四月,我厂进行五号发电机的大修工作时,又一次发现同样的问题,此次在转子励侧大护环上更是发现七处裂纹,其中一处打磨掉25mm后,裂纹依旧清楚可见,再次更换一个新护环。这两次均因临时决定购买,不但影响了检修工期,且多支出检修费用计六十余万元,增加了检修的成本。这些情况都给我们的检修工作带来较大的影响,造成工作被动。因此,探寻发电机转子护环裂纹产生的原因,进而作好预防措施,对我们的安全生产就显得非常必要。那么,护环裂纹的产生主要是由于哪些方面的原因呢?
2 产生裂纹的原因分析
造成护环产生裂纹的原因是多方面的,具体分析起来主要因素有以下几个方面:
2.1 护环材质不好,使其易产生裂纹
发电机转子在运行中处于高速旋转的状态,护环则要承受极大的电磁力及旋转离心力的作用,再加上护环的运行环境是长期处于高温、潮湿,极易造成护环裂纹的产生,因而对护环的机械强度及韧性都要求比较高。我们的机组全部使用的是18Mn5Cr奥氏体钢材质的护环,因为专业知识的限制,我对这种材质的性能并不太了解,但是根据一些资料的介绍来看,这种材质的钢在相对湿度大于50的潮湿环境中,其抗应力腐蚀性能变差,显然不能完全满足安全生产上的要求,目前这种材质的护环已经处于逐步淘汰的阶段。
2.2 机内氢气湿度太大
氢气湿度太大,对护环造成的影响是很大的。我们的机组,由于存在着密封油向机内渗漏的现象,而油中又含有大量的水份,造成发电机内的湿度很大,护环的运行环境恶劣,对护环的金属性能产生一定的影响,促使了裂纹的产生和扩大。
2.3 套、扒护环时的加热方法不当
目前,我们在进行转子护环的套、扒工作时,一般均采用气焊加热的方法,判定加热温度是否足够,也是利用敲击听声音变化、锡条能否熔化等方法来进行判定,这种方法完全是由人工操作,并且更多的是依靠经验判定,因此,外界的干扰因素也就比较多。加热温度不均匀,长时间的在一点进行加热,操作不熟练,温度控制不当,套、扒护环的专用工具使用方法不当,经验比较欠缺等等,任何一点不利的因素,不仅造成了我们工作难度的增大,而且能使护环原有的裂纹扩大,对护环造成较大的损害。
2.4 对护环的加热次数太多
环状的金属物体,都具有一个共性,就是每一次加热后,在冷却时,其径向都会有微小的收缩。我们每扒、套一次,就要对护环进行两次加热,护环内径比上一次有所收缩,造成护环与转子本体结合应力增大,增加了下次扒的难度,下次就必须加热到比上次更高的温度,如此形成一个恶性的循环,对套、扒护环的加热温度要求会越来越高,对护环造成的损害也是显而易见的。
3 制定相应的防范措施
既然我们已经分析出导致护环产生裂纹的几个因素,我们就可以从这几个方面入手,制定出相应的对策。
3.1 将备用护环更换为新型材质的护环
据有关资料介绍,目前国内外的电机制造厂家已在采用18Mn18Cr材质的护环替代原18Mn5Cr奥氏体钢材质的护环,这种18Mn18Cr材质,不论是在机械强度、硬度还是在韧性方面,都要比18Mn5Cr奥氏体钢材质更适合于作为制造发电机转子护环的材料,也使机组运行的安全可靠性上了一个新台阶。几年来,在装设18Mn18Cr钢护环的发电机中,未曾看到有因应力腐蚀而造成护环裂损的报到。实践证实,这种材质应用于发电机护环上是成功的。
3.2 加装氢气去湿干燥器;进行密封油系统的改造
从一九九八年六月,我厂制氢站分子筛干燥器投入运行,随后在我厂这四台200MW发电机组的大修过程中,陆续给其加装了氢气去湿装置及冷凝式氢气干燥器,使机内氢气湿度由11-12g/m3下降到8.5g/m3,达到标准要求。另外,在结合发电机组增容改造过程中,对发电机密封油系统进行改造,使空、氢侧密封油压分开控制;对汽轮机密封系统改造,实现了运行中汽封供、泄汽的自动调整,保证汽封母管压力能维持在0.020-0.035MPa(表压),减少了透平油的含水量;加装油水分离机在线运行,减少润滑油中水份含量。所有的这些工作,使我厂的发电机氢气湿度超标治理工作取得了较大的成效,不仅延长了护环的使用寿命,对发电机定子、转子线圈绝缘也非常的有利。
3.3 加强技术培训,采用正确的加热方法
首先,加热过程中必须严格控制加热温度。加热温度不够将增加拆、装的难度,温度过高会影响材质的金属特性。因此,对温度的控制应当尽量准确一些,应尽量使用红外线测温仪对加热温度进行控制。加热温度△t由下面的公式求出:
△t=△d,△d=δmax △δ

式中:δmax=转子本体嵌装面直径-护环嵌装面直径
△δ-热套余量β-材料膨胀系数
d-转子本体嵌装面直径
其次,加热过程中应注重绝对不答应将焊把停留在一点加热,防止护环局部过热变色;加热时尽量利用中火焰加热;在划分烤区时,下部的烤区要大一些,因为热量向上散发;当表面温度接近要求时,火力应迅速集中到嵌装面处;工作场所应尽量减少空气流动,防止停止加热时护环温度下降太快。护环扒下后,应作好保温措施,用石棉布将其裹住,使其自然冷却,防止因热冷不均而使其变形。
另外,加强对职工的技能培训,使职工把握套、扒护环的正确方法,会熟练使用套、扒护环的专用工具,在工作中做到配合默契,有条不斋,这不但能提高工作效率,还能减小对护环的损伤,并能保证工作人员不被灼伤。
3.4 制定科学的检修计划,尽量减少扒护环的次数。
每次将护环的加热过程,对护环都是一种很大的损伤。因此,我们应制定出科学的检修计划,在检修中完善试验方法,充分依据转子的各项电气试验数据及金属探伤试验报告,做出事实求是的分析,尽量减少扒护环的次数。
4 遗留问题
在分析护环裂纹问题的过程中,我们发现两个有裂纹的护环均是励侧护环,汽侧护环完好无缺,这是一种巧合呢,还是因为发电机结构及电磁力对护环的影响造成裂纹的产生?由于自身知识的局限性,目前尚无法做出定论,希望能得到相关方面专家的进一步指点。
5 结束语
国产200MW氢冷发电机转子护环裂纹产生的原因,是一个非常复杂的问题,牵涉到电气、汽机、化学、金属材料等多个专业,要对其作出全面、细致的分析,并不是一件轻易的事情,要做好全面的预防措施,也需要多个专业的密切配合和共同攻关方能奏效。但随着对机组现代化改造的进一步加大,随着高新技术、设备在运行监控和检修过程中的应用,随着检修工艺水平的进一步提高,我们对各个环节的处理会越来越完善,这个问题将得到逐步的解决,机组运行的安全可靠性也将越来越高。
[参考文献]
[1]赵庶佳《电机检修及维护判定》
[2]洪鼎华《氢冷发电机氢气湿度超标治》

来源:中国发电网
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