俄供TBB系列大型汽轮发电机在国内应用中存在定子线圈端部磨损情况，严重影响着发电机安全稳定运行。伊敏发电厂在几年的生产实践中做了很多有益的探索。认为俄供TBB-500-2EY3型汽轮发电机在运行25000小时左右进行整体更换线棒后，再结合机组大、小修时，对其端部结构进行加固处理，就能够保证发电机的长周期稳定运行。
关键词：发电机线圈 端部 磨损 振动 加固
0 前言
俄供TBB系列大型汽轮发电机在国内应用中，普遍存在定子线圈端部磨损情况，严重影响着发电机安全稳定运行，该问题长期困扰业界同行。伊敏发电厂在几年的生产实践中，在这方面做了很多有益的探索。本文就俄供TBB-500-2EY3型汽轮发电机定子线圈端部磨损原因分析及处理过程进行总结探讨。
1 伊敏发电厂俄供TBB-500-2EY3型汽轮发电机概述
伊敏发电厂一期工程安装2台俄供TBB-500-2EY3型汽轮发电机，发电机为俄罗斯圣彼得堡电力工厂制造，额定功率500MW，定子电压20KV，定子电流17000A，冷却方式为水氢氢，额定氢压0.45Mpa，额定水压0.40Mpa。定子槽数48槽，绕组形式为双层叠绕，节距为1-21，接线方式为双星形。
其中#1发电机于1998年11月投产发电，#2发电机于1999年9月投产发电。
该型号发电机在国内其他电厂运行一段时间后，曾出现过将下层空心导线磨漏的事故。伊敏发电厂对发电机端部磨损问题非常重视，投运后严密监视检查，同样也发现了发电机端部线圈磨损的现象，2003年6月15日，#1发电机检修中发现下层#17、#18线棒出槽口处磨损严重。
2 俄供TBB-500-2EY3型汽轮发电机端部加固结构介绍
图1俄供TBB-500-2EY3型汽轮发电机端部结构图
1.金属托架；2.撑块的绑绳；3.绑环；4.撑块；5.绝缘支架；6.外撑环；7.线圈汇水盒；8.内撑环；9.上、下层线棒
俄供TBB-500-2EY3型汽轮发电机定子端部固定情况如图1所示。其定子端部加固结构有以下特点：
(1)金属托架通过四条螺栓固定在定子铁芯压环上，发电机两侧各有24个金属托架，每个金属托架上各有三个孔，中间孔通过一螺栓固定绝缘支架，其中绝缘支架上的中间孔为椭圆形，考虑抵消线棒运行状态下的热膨胀，其余两孔认为是下线固定时的工艺孔。
(2)绝缘支架上固定有四道绑环和一道外撑环，绑环在绝缘支架上有限位止口，环与环之间靠撑块支撑，以限制绑环在轴向的位移。
(3)外撑环与绝缘支架用绝缘销钉固定，内撑环与外撑环间用绝缘螺栓连接固定，内撑环与出槽口处的夹件间用绝缘块在轴向上支撑后，所有空间用环氧胶填满。
(4)所有绑环与撑块用φ1.0mm涤纶绳绑扎，线棒与绑环间垫以浸满环氧树脂的适形材料，并通过φ1.0mm涤纶绳绑扎固定，其中线棒与绑绳接触部位也都垫有浸满环氧树脂适形材料，常温固化成型后，整个发电机端部固定成为一整体。
俄供TBB-500-2EY3型汽轮发电机定子端部结构设计中既考虑到整体紧固性，又考虑到运行中热膨胀产生变形带来的绝缘磨损。与国内大型发电机的端部加固结构相比，应当说它是以端部绑扎结构为主，鼻端加装内外支撑环固定的结构形式。
3 俄供TBB-500-2EY3型汽轮发电机端部磨损原因分析
3.1 汽轮发电机定子线棒端部受到电磁力的作用
汽轮发电机定子线棒在槽内部分受到电磁力的作用，此作用力是频率为100Hz交变力。上、下层线棒受到径向最大力为：
F下=2（μ0/9.81）（l/bs）I2m102Kgf
F上=1.5（μ0/9.81）（l/bs）I2m102Kgf
μ0--真空磁导率；μ0=4π×10－9H/cm；l-槽内线棒长度；bs-槽宽
定子线棒端部受到电磁力的作用同上述原理一样，同样存在径向100Hz交变电磁力的作用。
3.2 俄供TBB-500-2EY3型汽轮发电机端部为端环绑扎结构，不同与国产QFSN-600-2YH汽轮发电机的端部整体绝缘压板固定结构（端部采用整体绝缘压板、线圈层间采用充胶支撑管，固定结构较好），加之制造工艺粗糙，如图2中A处所示部分绑绳未采用浸胶固化的工艺、图2中B处所示支撑块注环氧不均而存在气隙。受到电磁力产生振动及热胀冷缩时各部分不是整体位移，而是产生相互位移，造成绝缘磨损。
图2俄供TBB-500-2EY3型汽轮发电机端部固定不良示意图
3.3 固定风区压板的T型蜡台，将根生在下层线棒上，是一处致命的隐患，一旦松动，直接危胁到下层线棒的主绝缘。已造成了伊敏电厂2次事故。
图3固定风区压板的T型蜡台结构图
1、T型蜡台；2、风区压板；3、内撑撑环；4、线棒
综合上述分析可以得出造成俄供TBB发电机端部磨损的制造工艺及设计原因有三：
1〉未对所有的绑绳采用浸胶固化的工艺，使线圈端部整体紧固性受到一定影响。同时在绑扎的紧固程度上不够理想，长期运行后，绑绳紧固的部位将会出现普遍磨损、松动。这均属于加工工艺问题。
2〉部分绝缘件与绝缘主体之间填充不实，如线圈和绑环、绑环和绑环、线圈隔块等之间的适型毡填充得不够紧密，致使长期运行在电磁力的作用下产生缝隙造成磨损。
3〉固定分区压板的T型蜡台，由于安装工序和结构设计所限,只能采用径向各个拉紧方式固定,无法形成一个整体,同时将其根直接生在最易受交变力产生振动的下层线棒出槽口部位上，是一处致命的隐患，无论那个T型蜡台一旦松动，都直接危胁到下层线棒的主绝缘。
4俄供TBB-500-2EY3型汽轮发电机处理方法
由于俄供TBB-500-2EY3型汽轮发电机制造工艺不良，应在运行25000小时左右进行整体更换线棒，对端部进行重新加固。在机组大、小修时，由于其结构特点--下层线棒的大部分绑扎部位处于暴露状态，可以对其端部结构进行加固处理，延缓磨损程度。
4.1 更换线棒处理方法：
根据俄供TBB-500-2EY3型汽轮发电机端部绑扎特点，局部更换线棒会造成新旧线棒结合处固定不牢，振动磨损严重，无法保证长周期运行。
针对俄供发电机制造工艺不良，整体更换线棒要采用国内先进材料及工艺，改进措施有如下几个方面：
(1)对其端部的5道绑环间撑块重新绑扎，并用电木销定位。
(2)在对线棒端部重新绑扎，绑绳采用浸胶φ3涤玻绳代替原俄罗斯φ2玻璃绳，线棒间撑块加适型毡，增强整体性。
(3)下层线棒与槽底间用2.5mm厚适型毡代替原俄罗斯软垫条。上、下层线棒间用两层2.5mm厚适型毡 2.5mm硬垫条代替原俄罗斯5.0mm硬垫条。
(4)线棒出槽口处的T型蜡台重新固定，底部用适型毡塞紧。
(5)上、下层线棒绑扎后，采用两次中温固化。
针对俄供发电机T型蜡台的设计，我们正在研讨如下改进措施：
(1)将靠近铁心的一道绑环加宽，将固定风区挡板固定螺栓栽到上面，取消T型蜡台，将这一隐患彻底消除。
(2)将原设计的上下两层口部块改为上下通长的一层口部块，增强整体性。
4.2 大、小修时端部加固处理方法
根据俄供发电机磨损原因分析并针对绝缘的磨损情况我们进行了以填充环氧胶为主的处理方法。
1)发电机解体后，对端部做详细检查：对金属托架的紧固螺栓、金属托架、绝缘支架与绑环间、绑环与支撑块的松动情况。如果在两部件接触处有粉状物流出，就说明两部件之间已发生磨损。同时用手检查支撑块是否松动、接触面间隙过大等情况。
2)对有故障的支撑块进行处理。重新紧固松动的金属托架紧固螺栓。用SS-25清洗剂清洗电机端部各部位。
3)对撑块松动和间隙过大的处理。在因磨损而使撑块松动的部位，首先用φ2的涤玻绳浸透于加稀释剂的环氧，然后以磨损撑块的间隙为加固面，用穿针反复缠绕涤玻绳，直到填满磨损件的间隙为止。对虽未松动但间隙过大的撑块也作如上绑扎填充处理。
4)对引线的加固。将玻璃布板加工成对头楔型，将φ5的涤玻绳浸透于无溶剂的环氧，具体方法是：用对头斜楔将外端上方的引线撑紧，然后用涤玻绳将楔块固定，这样就使引线的固有频率远离100Hz的危险振频。
5)对绝缘支架的处理。对绝缘支架进行清洗处理，保证热态下绝缘支架的膨胀滑动。这里要注意的是，不能为了膨胀的顺畅而放松紧固螺栓，这样会得不偿失造成新的磨损。
5伊敏发电厂俄供TBB-500-2EY3型汽轮发电机处理过程纪录
5.1 #1发电机处理过程
(1)1999年7月解体后发现端部有局部存在轻微磨损现象。
(2)2000年8月小修时，端部检查发现磨损现象加剧，汽励两端几处存在金属托架磨损、绑绳撑块松动，经过对松动部位的绑扎处理后投入运行。
(3)2001年7月大修时，端部检查发现磨损现象更加严重，出现大量黄粉及黑粉。汽励两端多处存在金属托架磨损、端部引线绑绳磨损松动、支撑环间多处撑块松动脱落等现象，个别端部线圈外撑环与绝缘支架固定销钉脱落。我们采用对松动撑块及磨损严重的撑环进行绑扎后，对端部紧固件整体进行负压注胶处理的办法。
(4)2002年5月进行检查，发现端部磨损得到缓解，个别空间狭小部位有轻微磨损。
(5)2003年6月进行检查，端部磨损情况轻微，但在耐压试验时发生击穿，经检查发现#17-#18槽T型蜡台松动，致使#17槽下层线棒主绝缘损坏。当时采用局部更换线棒的处理方法。要说明的一点是，T型蜡台在背部无法检查到磨损情况。
(6)2003年9月，#1发电机氢压突然降低，被迫停机。发现两侧#17、#18附近内撑环处环氧泥松动开裂，并磨出许多黄泥。同时发现汽侧#17上、#37下线棒端部水盒处漏水。#17、#18处T型蜡台松动，螺栓脱落，销子断裂。
经分析认定，上次发电机局部更换线棒，由于端部新旧线棒结合处绑扎失去连续性，造成新旧线棒结合处固定不牢，振动磨损在局部加剧；同时检修中T型蜡台无法取出重新加固。为彻底消除隐患，我们对#1发电机进行整体更换线棒处理。
通过辽宁电科院对#1发电机整体更换线棒前后做振动测试比较：
处理前振动测试结果：汽侧整体模态存在115Hz的固有频率，振型为椭圆型；出槽口处存在99.2Hz和115Hz的固有频率，其中15Hz的模态振型为椭圆型。汽侧大部分单根线棒鼻端径向存在115Hz的固有频率，其频响曲线中的共振峰较为明显。励侧出槽口处存在112Hz的固有频率，但振型为晃动。
处理后振动测试结果：汽侧鼻端存在99.2Hz和115Hz的固有频率，但振型为晃动，非椭圆型，且共振峰较小；汽侧出槽口处无94Hz-115Hz的固有频率。励侧出槽口处存在106Hz的固有频率，但振型为晃动，且共振峰较小。
处理前后整体模态结果见表1，说明本次整体更换线棒处理是合理的、有效的。图4、图5为#1发电机端部汽侧处理前后模态振型动画，可以看出处理后振动情况得到很大改善。
图4 处理后汽侧模态振型动画 图5 处理前汽侧模态振型动画
5.2 #2发电机端部处理过程
2000年5月解体后发现端部有局部存在轻微磨损现象。
2001年6月小修时，端部检查发现磨损现象明显加重，出现较多黄粉及黑粉。汽励两端多处存在金属托架磨损、端部引线绑绳磨损松动、支撑环间个别撑块松动脱落等现象，我们采用对松动撑块及磨损严重的撑环进行绑扎后，对端部紧固件整体进行负压注胶处理。通过处理前后端部振动测试比较，证明处理方法有效。
2002年7月进行检查，端部磨损轻微，为保持处理效果，再次对发电机端部整体进行负压注胶处理。
2003年1月进行临时检查，端部磨损现象轻微。
2004年1月进行抽转子检查，发现端部磨损现象有所增加，铁支架、木支架等多处有磨损迹象。考虑到＃2发电机已运行26000小时，只进行了简单处理，准备在5月份进行整体更换线棒。
6结束语
伊敏发电厂经过几年的探索和实践，并且结合同类型俄供发电机出现的问题综合分析表明：俄供TBB-500-2EY3型汽轮发电机端部设计基本合理，但制造工艺粗糙，如果运行到一定期限后进行整体更换线棒处理，再结合机组大、小修对线圈端部进行及时检查处理，采用合理的加固方法（即重新绑扎、填胶处理），就能够保证发电机的安全稳定运行。
来源：中国电站集控运行网
