一、公共发电的概念与特征
汽轮发电机是火电站的关键设备之一,汽轮发电机的故障停运严重影响火电机组运行的可靠性。随着科学技术的发展,故障诊断技术已逐步发展成为保证发电设备安全可靠运行的重要手段之一,因而成为国内外许多单位正在研究的一门新技术。然而,国内一些单位研制的故障诊断装置在使用中都碰到了故障诊断结果准确性差的技术难题,故障“漏诊”和“误诊”时有发生,其原因是诊断软件中所使用的诊断规则是通过实验室模拟或理论计算得出的,与发电机的实际情况有较大的差异。因此故障诊断规则的研究已成为大型汽轮发电机故障诊断系统研制的“瓶颈”问题[1]。国际上使用振动特征分析法来诊断旋转机械故障较有权威的故障特征规律是J.Sohre的振动征兆表[2]和白木万博的振动得分表[3],为了进一步提高大型汽轮发电机故障诊断结果的准确性,现将70多台大型汽轮发电机现场故障案例调研和现场故障特征数据分析研究得出的大型汽轮发电机现场故障征兆规律的一些主要结果列于以后各节,以便在使用中不断完善。
2 常见故障的模式及后果
通过分析研究大量电站现场事故案例,经统计分析发现大型汽轮发电机的常见故障有以下3类12种。下面给出这12种故障的故障模式(故障的表现形式)和故障后果(该故障模式所引起的主要后果)。
2.1 水冷却子系统的故障
(1)静子断水。故障模式为静子冷却水中断或冷却水流量降低。故障后果有静子绕组过热;机组减负荷或强迫停运。
(2)静子漏水。故障模式为发电机静子绝缘引水管漏水或静子绕组水电接头漏水。故障后果有静子绕组绝缘降低;静子接地;绕组短路或烧损。
(3)转子漏水。故障模式为转子绝缘引水管漏水或转子绕组与引水管拐角接头漏水或水箱与绝缘引水管接头漏水。故障后果有转子绕组绝缘降低或接地;静子绕组接地;两相短路;三相短路;静子绕组或静子引出线烧损;发电机烧毁。
2.2 静子和转子电气故障
(1)静子绕组过热。故障模式为静子绕组温度高或过热。故障后果为静子接地;静子绕组绝缘烧损;三相短路;爆炸事故。
(2)静子绝缘损伤。故障模式为静子绕组绝缘降低或损坏。故障后果有静子绕组绝缘击穿;静子绕组匝间短路或相间短路;静子绕组烧损;静子铁芯烧伤;引起火灾或爆炸事故。
(3)静子接地。故障模式为静子接地。故障后果有静子绝缘烧损;静子铁芯局部灼伤;静子绕组相间或匝间短路。
(4)转子一点接地。故障模式为转子一点接地。故障后果有转子两点接地;发电机和汽轮机部件磁化;转子绕组匝间短路;转子绕组烧损。
(5)转子绕组匝间短路。故障模式为转子绕组匝间短路。故障后果有转子两点接地;转子绕组烧损;发电机失磁;发电机和汽轮机部件磁化。
2.3 静子和转子机械故障
(1)转子不平衡。故障模式为转子不平衡振动或转子热不平衡振动。故障后果有轴瓦和挡油环或密封瓦磨损;紧固螺栓松动或断裂;绕组绝缘磨损引起接地或短路,大的不平衡会引起毁机事故。
(2)轴承油膜振荡。故障模式为轴承油膜振荡。故障后果有轴瓦烧损;机组强迫停运,还可能导致毁机事故。
(3)轴瓦损坏。故障模式为轴瓦磨损或轴瓦烧损。故障后果有轴颈损伤;密封瓦磨损;发电机或励磁机动静碰磨。
(4)机座外壳振动。故障模式为发电机机座外壳或端盖振动。故障后果为机座焊缝开裂;静子铁芯与机壳之间隔振弹簧钢板断裂;机座结构间连接螺栓松脱或断裂。
3 特征信号、征兆和诊断规则
汽轮发电机故障诊断的主要步骤为:先监测发电机的特征信号;再从所监测的特征信号中提取征兆,有些特征信号本身也可作为征兆;然后根据征兆和其它诊断信息来识别发电机的状态,完成故障诊断。确定故障征兆和诊断规则是大型汽轮发电机故障诊断的技术难点之一。通过70多台大型汽轮发电机在电站现场故障案例的调研和大量现场故障特征数据的分析研究,得出了以下大型汽轮发电机常见故障的特征信号、征兆和诊断规则。
3.1 水冷却子系统的故障诊断
与发电机静子断水、静子漏水、转子漏水等3种故障有关的特征信号、征兆和诊断规则列于表1。表1中的6个特征信号均可作为征兆。在表1和以后各表中,[yi]表示故障发生的阈值,yoi表示正常值。
3.2 静子和转子电气故障的诊断
与发电机静子绕组过热、静子绝缘损伤、静子接地、转子一点接地、转子绕组匝间短路等5种故障有关的特征信号、征兆和诊断规则列于表2。在表2的9个特征信号中,有7个特征信号可直接作为征兆。在诊断静子接地时,从所监测的静子3个相电压中,用较低相电压与另一相电压之比y12作为静子接地的征兆之一。在诊断转子绕组匝间短路时,对所监测的转子振动特征信号进行频谱分析,得出转子振动工频分量的峰-峰值y15作为转子绕组匝间短路的征兆之一。
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