安徽淮南平圩發(fā)電公司#2發(fā)電機(jī)定子線棒改造現(xiàn)場實踐

 1 設(shè)備概述
安徽淮南平圩發(fā)電有限責(zé)任公司#2發(fā)電機(jī)定子于1992年12月24日投產(chǎn)發(fā)電，系國產(chǎn)第二臺600MW引進(jìn)型汽輪發(fā)電機(jī)（國產(chǎn)第一臺為該廠#1發(fā)電機(jī)于1989年11月04日投產(chǎn)發(fā)電）。發(fā)電機(jī)型號QFSN-630-2，定子42槽，有84根線棒，6個出線套管。定子繞組由定子線棒、定子繞組槽內(nèi)固定、定子繞組端部固定和定子繞組引線等構(gòu)成。定子線棒由空心導(dǎo)線和實心導(dǎo)線組合構(gòu)成，組合比為1∶2。定子上、下層線棒截面不同，并在直線部分進(jìn)行了羅貝爾換位和空換位。定子線棒端部為漸開線式。在線棒兩端設(shè)置的水盒接頭構(gòu)成了線棒鼻端的水電連接結(jié)構(gòu)。定子繞組端部采用沿徑向和切向固定、沿軸向可伸縮的剛/柔綁扎固定結(jié)構(gòu)。
2 改造原因
在2004年底至2005年初，#2發(fā)電機(jī)U203A大修做定子繞組氣密試驗時，發(fā)現(xiàn)有14根定子線棒端部水盒存在漏氣漏水缺陷。由于修復(fù)工藝受限制，現(xiàn)場處理較困難，只處理了3根較嚴(yán)重的線棒，并對39號槽下層線棒內(nèi)漏水的一根空心導(dǎo)線采用兩端封焊。參考制造廠意見，其他11根滲漏程度較輕（漏氣不漏水）的線棒暫時不處理。在2010年2～3月份U209C檢修中，再次發(fā)生定子線棒泄漏（8號槽上層線棒汽端水盒），經(jīng)過近半個月的搶修，目前已經(jīng)消除漏點。鑒于#2發(fā)電機(jī)再次發(fā)生定子線棒泄漏的缺陷，國內(nèi)暫無先進(jìn)的修復(fù)工藝技術(shù)，同時由于發(fā)電機(jī)線圈溫度高，不能滿足汽機(jī)通流增容改造后最大連續(xù)負(fù)荷667MW需要，為保證#2機(jī)組長期安全穩(wěn)定運行，因此該公司決定對#2發(fā)電機(jī)定子繞組進(jìn)行更換改造。
3 改造方案
①在原機(jī)座、鐵芯保持不變的原則下，重新設(shè)計、制造新的發(fā)電機(jī)定子線棒。更換全臺84根線棒，其中上層線棒42根，下層線棒42根，其結(jié)構(gòu)形式與原機(jī)一致。②更換全臺定子槽楔、槽內(nèi)墊條、波紋板、槽底及層間適形層等必需品、可調(diào)綁扎環(huán)、內(nèi)撐環(huán)、端部墊塊、槽口楔塊、全臺定子絕緣引水管、定子引線與引出線之間的絕緣、六只引出線（出線套管保留）。③安裝氫氣在線泄露監(jiān)測、局放、絕緣過熱等裝置。發(fā)電機(jī)氫氣泄漏檢測點共8點，預(yù)留位置分別為封閉母線A，B，C處3點，CT中點處2點，定子冷卻水箱處1點，汽、勵端密封座處各1點。所要檢測8可自動巡檢，無論是哪一點漏H2超限均能發(fā)出報警信號，H2含量超過3%報警，可發(fā)出燈光和音響信號，可發(fā)出4-20mA電流信號。④發(fā)電機(jī)兩端端蓋重新校正找平，消除密封面偏窄缺陷，并更換兩端端蓋所有固定螺栓。⑤轉(zhuǎn)子導(dǎo)電螺釘絕緣密封面修復(fù)和更換導(dǎo)電螺釘?shù)娜酌芊饧?
4 改造后技術(shù)性能要求
①發(fā)電機(jī)更換新線棒后在額定頻率、額定電壓、額定功率因數(shù)、額定氫壓和額定冷卻介質(zhì)條件下，其定子繞組的輸出額定功率為630MW。②發(fā)電機(jī)更換新線棒后，輸出額定功率630MW，長期連續(xù)運行時各部分溫升。不超過國標(biāo)GB/T7162-2002中規(guī)定的數(shù)值。③定子線棒的空芯導(dǎo)線、實芯導(dǎo)線的材質(zhì)按照GB5231-85、實芯導(dǎo)線的材質(zhì)按照GB468-82執(zhí)行，定子槽內(nèi)的導(dǎo)線不允許有接頭；空芯導(dǎo)線逐根進(jìn)行渦流探傷檢驗和氣流量檢驗。④發(fā)電機(jī)更換新線棒后，定子繞組冷卻水的溫度為45±5℃，繞組出口水溫不高于85℃。⑤發(fā)電機(jī)更換新線棒時，其定子每根絕緣引水管出口端的測溫元件仍按原設(shè)計埋設(shè)（槽內(nèi)增加備用測溫元件）。⑥發(fā)電機(jī)更換新線棒后，必須具有失磁異步運行能力。如得到汽輪機(jī)、鍋爐的配合發(fā)電機(jī)失磁后在60%；在其后90秒內(nèi)減至40%，總的運行時間15分鐘。⑦發(fā)電機(jī)更換新線棒后，仍具有進(jìn)相運行能力，在功率因數(shù)0.95（超前）情況下，發(fā)電機(jī)能帶額定負(fù)荷長期運行，各部件溫度和溫升不超過允許值。⑧發(fā)電機(jī)更換新線棒后，能承受在滿負(fù)荷，105%額定電壓下主變高壓側(cè)單相接地故障，還能 承受在105%額定電壓和滿負(fù)荷（相應(yīng)的保護(hù)動作時間內(nèi)）情況下發(fā)電機(jī)端部三相短路故障而不發(fā)生有害變形。⑨發(fā)電機(jī)具有一定的短時過負(fù)荷能力，能承受1.5倍的額定定子電流歷時30s，而不發(fā)生有害變形及接頭開焊等情況。⑩發(fā)電機(jī)更換新線棒后，冷態(tài)下端部繞組模態(tài)試驗的橢圓型固有振動頻率及端部繞組中線鼻、引線、過度引線固有振動頻率（fz）應(yīng)在合格的范圍內(nèi)（fz≤94Hz，fz≥115Hz），定子繞組振動不大于120μm。{11}發(fā)電機(jī)更換新線棒后，定子繞組三相直流電阻在冷態(tài)下，任何兩相或任何兩分支路直流電阻只差，不超過其最小值的1.5%。{12}發(fā)電機(jī)更換新線棒后，定子繞組在空載及額定電壓下，其線電壓波正弦性畸變率不超過1%。
5 發(fā)電機(jī)定子線棒制作工藝流程及試驗項目
工藝流程：進(jìn)場材料檢查→工段檢查→下料→去引線絕緣→流量試驗→壓彎換位→編花→直線膠化→預(yù)彎→成型→膠化→股線短路檢查→流量試驗→切頭→焊水接頭→流量試驗→水接頭帽裝配→清理水接頭帽空腔→氦檢漏試驗→水接頭處導(dǎo)線灌注環(huán)氧樹脂→水接頭絕緣→對地絕緣→壓制固化水接頭絕緣→對地絕緣壓型固化→刷鍍→標(biāo)記線圈→測量和試驗。
6 修后試驗
①常規(guī)實驗：直流電阻、絕緣電阻、交流耐壓。②手包絕緣電位外移測量。③冷態(tài)端部繞組（含線鼻、過度引線）模態(tài)固有振動頻率試驗。④定子線棒水流量試驗。⑤定子水回路氣密試驗（0.6868Mpa空氣壓力下檢漏，并在0.517Mpa空氣壓力下進(jìn)行嚴(yán)密性試驗）及水壓試驗。⑥定子鐵芯損耗試驗。⑦發(fā)電機(jī)三相穩(wěn)定短路試驗。⑧發(fā)電機(jī)空載試驗。⑨發(fā)電機(jī)定子溫升試驗。
7 檢修中采取的風(fēng)險防范措施
由于本次發(fā)電機(jī)定子線棒更換改造是國內(nèi)600MW級首例，為保證發(fā)電機(jī)線棒改造過程順利進(jìn)行，將改造中出現(xiàn)的各項風(fēng)險降低到最低，改造現(xiàn)場采用科學(xué)的檢修管理模式，整個改造過程中采用了質(zhì)量全程跟蹤，具體內(nèi)容如下：改造初步條件：發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)隔離，相關(guān)的氫氣系統(tǒng)、定子水系統(tǒng)、開式水系統(tǒng)、油系統(tǒng)停運并隔離；盤車已停運；#41勵磁開關(guān)已拉出；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地檢測裝置電源已隔離→修前鐵損試驗→拆除舊線棒→拆風(fēng)區(qū)隔板、拆鼻端絕緣等→拆上層線圈、下層線圈→拆并聯(lián)環(huán)和引出線→徹底清理槽內(nèi)和端部、驗收→下線前準(zhǔn)備工作→鐵損試驗→清洗槽內(nèi)和錐環(huán)表面→驗收定子下線條件→清潔線圈并做耐壓試驗→裝入下層線棒→確定起始下線槽，裝適形層墊條，下第一根線棒→確定中心→依次下入一組線棒→校正線圈使其與槽部呈矩形→檢查已下入的一組線圈→端部外形是否符合圖紙→測量錐環(huán)與線圈的間隙是否符合要求→檢查線圈與錐環(huán)上綁扎孔的位置是否適合以后綁扎→檢查電阻溫度計孔位置是否正確→在線圈和錐環(huán)之間填放適型繩→根據(jù)圖紙選適型繩→適型繩浸樹脂→安裝適型繩→下層線圈的綁扎→按上述步驟連續(xù)嵌入各個線圈和預(yù)留帶，在下層線圈都已嵌入并適型繩固化后，進(jìn)行綁扎。→先綁靠近鐵心的一排綁帶，全部綁完再綁第二排，依次綁扎，保持綁帶均勻?！サ纛A(yù)留帶，拉出布帶，來回拉動橡皮帶，使其脫開固化的適型繩，將綁帶一端與預(yù)留帶最后一個橡皮帶相連，將其拉過溝槽?！斫墡У狡街本鶆蛘R→按間隔塊裝配圖紙安裝間隔塊→用53841WC刷綁帶至刷透→裁剪并疊接綁帶→確認(rèn)錐環(huán)綁扎孔沒有被堵塞→綁扎完下層線圈后檢查→綁帶不會干擾后序槽口墊塊位置→修掉阻礙徑向通道的適型繩→清楚錐環(huán)上各孔堵塞物，檢查預(yù)留管位置是否準(zhǔn)確→用三氯乙烷擦凈線圈頂部→裝配綁扎下層線圈鼻端墊塊→下層線圈耐壓試驗→表面電阻試驗→裝配支撐軟管→按圖紙判明軟管項號及裝配位置→按63597工藝守則中附圖，預(yù)先纏裹軟管。→按63597工藝守則和圖紙要求，鋪設(shè)軟管→裝配適型材料和電阻溫度計→裝入上層線圈→按圖紙檢查上層線圈類別和項號→去掉需要下線部位軟管的部分緊固工具，吸塵器清理下線槽，按下層線圈方法下上層線圈→下入第一個上層線圈后，對正中心線，校正槽內(nèi)矩形，安裝壓緊工具?！坌ò惭b完后鐵損試驗→檢查軟管與線圈狀態(tài)是否符合要求，適當(dāng)調(diào)整軟管內(nèi)填料→檢查電阻溫度計的引線→安置絕緣管到錐環(huán)孔→按上述要求嵌入所有上層線圈→預(yù)裝內(nèi)撐環(huán)→按設(shè)計圖紙安裝并切口、找正、調(diào)間隙→安裝徑向螺桿并適配滌綸氈和墊塊→電阻溫度計進(jìn)行耐壓試驗→上層線圈的綁扎→按下層線圈方法綁扎上層→從鐵心端向線圈接頭端綁扎，保持整齊均勻一致，與槽口墊塊和綁環(huán)等后續(xù)綁扎不相互干擾→浸漬綁帶于環(huán)氧樹脂→做上層線圈表面電阻試驗→裝配綁扎鼻端和相間墊塊→按調(diào)整綁環(huán)安裝守則635100安裝調(diào)整綁環(huán)→定子軟管灌注樹脂和加熱前的準(zhǔn)備→裝槽部壓型軟管工具→按定子端部支撐軟管樹脂填充及固化工藝守則635101埋設(shè)熱電偶，封閉機(jī)座開口→取下彈簧板臨時螺釘和墊片，加熱固化后裝上→裝好感應(yīng)加熱線圈→加熱固化，固化后拆除所有設(shè)備和工具、管路連接→做上層線棒耐壓和介質(zhì)吸收試驗→裝配并聯(lián)環(huán)→并聯(lián)環(huán)的裝配順序先從靠近鐵芯的第一道并聯(lián)環(huán)開始，依次向外裝配→將所裝配的并聯(lián)環(huán)用白布沾酒精擦干凈→按圖低確定每個并聯(lián)環(huán)的裝配位置→四道并聯(lián)環(huán)裝配后應(yīng)全面檢查其形狀，各部相關(guān)尺寸是否正確，是否與支架和錐環(huán)相干擾，所有螺孔是否對正→線圈的相間接頭必須與并聯(lián)環(huán)接頭對正，如并聯(lián)環(huán)因形狀或尺寸不合適，應(yīng)取下并聯(lián)環(huán)進(jìn)行修整。裝配時必須檢查各螺孔內(nèi)是否有漆，有漆的螺孔必須重新攻絲→按打槽楔守則635111打槽楔。用EL-CID設(shè)備進(jìn)行鐵損試驗→配焊串聯(lián)接頭和相間接頭→準(zhǔn)備股線。根據(jù)上下層接頭偏差，將股線彎形，用螺釘將L形壓板裝好→將中頻機(jī)組聯(lián)接好，按焊接工藝守則進(jìn)行定子接頭的焊接→按超聲波檢查規(guī)程對串聯(lián)和相間接頭進(jìn)行超聲波檢查→裝槽口墊塊，氣隙隔環(huán)和調(diào)整綁環(huán)的永久楔塊→按圖紙裝配和綁扎槽口墊塊。槽內(nèi)電阻溫度計的引線在綁扎槽口墊塊時應(yīng)將其綁于上層線圈的底部→槽口墊塊裝完后按圖紙裝配氣隙隔環(huán)→按圖紙和定子調(diào)整綁環(huán)裝配守則將臨時楔塊從調(diào)整綁環(huán)上取下，裝配和擰緊永久楔塊→絕緣螺桿鎖緊。在定子加熱后，按圖紙要求對零件再次按規(guī)定力矩固緊→裝絕緣引水管→水路系統(tǒng)水壓試驗→線圈全部接頭包絕緣→徹底清理→進(jìn)行絕緣電氣試驗→按圖紙包主引線絕緣→定子端部噴漆→不符合項關(guān)閉→質(zhì)量計劃關(guān)閉。為保證改造質(zhì)量，在施工過程中采用W——現(xiàn)場見證點。H——停工待監(jiān)點。
8 實施效果
U204A檢修后通過相關(guān)試驗得出發(fā)電機(jī)定子線棒改造后主要性能指標(biāo)：①發(fā)電機(jī)定子線棒允許最大連續(xù)輸出功率650MW且效率不小于98.77%。②發(fā)電機(jī)在最大連續(xù)輸出功率650MW時的功率因數(shù)不小于0.9。③發(fā)電機(jī)更換新線棒后在額定頻率、額定電壓、額定功率因數(shù)、額定氫壓和額定冷卻介質(zhì)條件下，其定子繞組的輸出額定功率為650MW。④發(fā)電機(jī)更換線棒后，在額定輸出功率650MW長期連續(xù)運行時各部分溫升允許值合格。⑤發(fā)電機(jī)更換新線棒后，其定子額定電壓為20KV，額定功率因數(shù)≥0.9（滯后），額定頻率為50HZ，額定轉(zhuǎn)速為3000r/min。⑥發(fā)電機(jī)更換新線棒后，定子繞組冷卻水的溫度為45±5℃，繞組出口水溫不高于85℃。⑦發(fā)電機(jī)定子在額定負(fù)荷和1.05倍額定電壓下運行時，能承受出線端任何形式的突然短路而不發(fā)生導(dǎo)致立即停機(jī)的有害變形，而且還能承受非同期誤并列的沖擊。⑧發(fā)電機(jī)定子能承受在滿負(fù)荷、105%額定電壓下主變高壓側(cè)單相接地故障，還能承受在105%額定電壓和滿負(fù)荷（相應(yīng)的保護(hù)動作時間內(nèi)）情況下發(fā)電機(jī)端三相短路故障，而不發(fā)生有害變形。⑨發(fā)電機(jī)更換新線棒后，定子線圈內(nèi)冷卻水允許斷水時間在帶滿負(fù)荷運行的情況下不少于30秒。⑩發(fā)電機(jī)在額定功率因數(shù)下，電壓變化范圍為±5%，頻率變化范圍為±2%時，能連續(xù)輸出額定功率。{11}發(fā)電機(jī)具有一定的短時過負(fù)荷能力。從額定工況下的穩(wěn)定溫度起始，能承受1.3倍額定定子電流下運行至少一分鐘，1.5倍的額定定子電流歷時30s，而不發(fā)生有害變形及接頭開焊等情況。{12}發(fā)電機(jī)更換新線棒后，仍具有進(jìn)相運行能力，在功率因數(shù)0.95（超前）情況下，發(fā)電機(jī)能帶額定負(fù)荷長期運行，各部件溫度和溫升不超過允許值。{13}發(fā)電機(jī)更換新線棒后，冷態(tài)下端部繞組模態(tài)試驗的橢圓型固有振動頻率及端部繞組中線鼻、引線、過度引線固有振動頻率（fz）在合格的范圍內(nèi)（fz≤94Hz，fz≥115Hz），定子繞組振動不大于120μm。{14}發(fā)電機(jī)更換新線棒后，定子繞組三相直流電阻在冷態(tài)下，任何兩相或任何兩分支路直流電阻值不超過其最小值的1.5%。{15}發(fā)電機(jī)更換新線棒后，定子繞組在空載及額定電壓下，線電壓波正弦性畸變率《1%。
下表5工況為保證機(jī)組在以下給定次數(shù)下計算壽命消耗不大于75%。
下表6為2013-8-6日14時機(jī)組負(fù)荷：630MW 發(fā)電機(jī)氫氣壓力：0.468MPa，定子進(jìn)水溫度：50℃，出水溫度：64℃，定子水壓力：0.464MPa，定子水流量：110T/H、真空88KPa，總?cè)济毫?92T/H下，采取的幾點發(fā)電機(jī)組定子線棒最高點參數(shù)。
9 結(jié)論
本次發(fā)電機(jī)定子線棒改造是國內(nèi)600MW級首例，通過對改造后的試驗數(shù)據(jù)以及滿出力運行參數(shù)表明，發(fā)電機(jī)安全穩(wěn)定性能得到進(jìn)一步提高，機(jī)組參數(shù)得到進(jìn)一步優(yōu)化，達(dá)到了本次改造的目的。