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1、1,发电机定子水系统泄漏故障分析与反事故措施,1,2,2,发电机定子绕组端部线棒绝缘磨损 造成定子绕组水系统泄漏故障实例,1998年9月华北某厂1台500MW水氢氢型汽轮发电机定子励侧端部因运行中紧固结构松动，使多块绝缘垫块脱落导致多根线棒多处主绝缘磨损漏铜 铜导线磨损导致空心铜导线磨出裂纹大量氢气进入定子内冷水系统在内冷水箱上聚集，使漏氢报警器接近满量程（8）报警。停机打开端盖检查，内窥镜找到端部11点钟线棒背部明显的绝缘磨损处的漏水点。共12处支架松动，22块绑块松动，8根线棒绝缘磨损,3,3,发电机定子绕组端部线棒绝缘磨损 的原因及后果,事故直接原因是端部线棒绑扎工艺不良，绑线细，绑块棱
2、角锋利，同时设计存在问题；该发电机励侧绕组端部可能存在100Hz频率的共振现象；在现场更换了全部定子线棒，局部更新了定子绕组端部的紧固系统，为此共停机118天。,4,4,The partial of Worn Out on Bar,5,5,6,发电机出厂或检修中适用的检测标准,机械行业标准JB/T 6228-2005汽轮发电机绕组内部水系统检测方法及评定，规定了试验方法和水系统密封性合格的判定标准。因该标准执行多年，最近完成修订，在2011年11月12日全国大型发电机标准化技术委员会全体会议上审查通过，预计明年将颁布修订后的标准。该标准的具体详细内容，请制造部门的专家解说。本讲义内容涉及的是漏
3、水故障及其防范措施，与上述标准不大相关，甚至是一些标准题外的内容，但多是现场实际问题的经验总结。,7,水系统泄漏故障的产生原因,直接水冷定子绕组从这种冷却方式诞生那天起就始终伴随水系统泄漏问题。故障实例很多，幸运的是多数水泄漏故障是在停机状态下检查试验中发现并处理解决的，仅少数泄漏缺陷在运行中酿成绝缘事故大祸。大多数漏水原因是制造施工工艺不良，如每根定子线棒两端的绝缘引水管安装质量不良、焊接缝开焊等。运行中因紧固结构松动、绝缘磨损可引起泄漏问题。运行中因水管路某部件安装不良或材质不合格等引起泄漏问题。发电机检修中定子绕组压力和真空试验，以及电气试验有助于发现大多数这类缺陷。,8,水系统泄漏故障
4、的危害,在发电机运行期间，任何残留的微小裂缝都可能因长期振动导致隐患扩大为泄漏缺陷，直至产生水渗漏到绕组端部的故障。运行中处于高电位线棒上的水泄漏故障最易引起电气击穿（接地或相间）事故。水泄漏的最大问题是导致爬电，即使氢压高于水压，水还是会缓慢渗透到绝缘层中。如果渗漏严重甚至就可能直接导致拉弧放电。水压试验即使合格，但若存在试验本身很难发现的微小裂纹，而水压试验渗出的水可能积存在绝缘层中，就可能降低绝缘强度。,9,运行中漏水故障的监测存在的问题,内冷水系统泄漏故障的监测手段和征兆：水箱上氢气泄漏报警机内积存液体报警（浮子报警）补水速率增加氢气湿度增加通常上述措施很容易发现严重的漏水故障。问题是
5、水接头或水系统其他部位上若有很小的渗漏发展。由于达不到上述保护的报警值，这种微量渗漏就不容易被发现。在定子线棒铜股线到水接头盒的铜焊部位发生裂缝腐蚀，是引起这些微量渗漏的主要原因。在铜焊连接部位有砂眼，或者股线有裂纹，也会导致渗漏水。,10,水系统微渗漏的危害,虽然氢压高于水压，水潮气也会渗透到主绝缘里。尽管主绝缘有很好的耐潮性能，但若潮气持续的侵入，主绝缘包带层也会分层和膨胀，水分子会通过绝缘的分层或者铜股线间的空隙，沿着线棒迁移。有发电机拆除的线棒上解剖发现，潮气从渗漏端迁移穿过整个定子到线棒的另一端端头上的整个路径上。水的轻微渗漏对主绝缘影响：如果绝缘吸水达到饱和，绝缘的电气强度会下降。
6、此时，若碰上过电压事件（例如开关接地故障）可造成击穿，或者在交流或直流耐压试验过程中打穿绝缘。如果绝缘分层已经从铜焊连接部位发展到槽部，若处于连接到出线端的线棒上就会发生局部放电。水将降低绝缘的机械强度。如果因系统故障发生电流冲击，或者由于机组非同期并网，主绝缘就更容易破裂。,11,水微泄漏故障的发展机理,水微泄漏故障造成绝缘劣化的发展过程非常缓慢，常常要几十年才能达到很高的击穿风险，故障进程的每一步都需要一定时间。发生故障的进程顺序如下：铜焊连接部位开始腐蚀。这个过程可能会发展几年到几十年，取决于水的化学性能、水接头的设计、铜焊材料以及铜焊工艺情况。水必须从铜焊连接部位渗漏到槽部。这可能会花
7、几年时间，取决于定子温度、水渗漏速度和腐蚀速率。进行高压试验或发生系统扰动的过电压冲击，绝缘失效被击穿。,12,微小泄漏故障的生成原因和滋生条件,空心铜股线在水接头盒内焊接不良是引起这种渗漏的主要原因。铜焊材料不足、铜焊工艺不良都会引起被称为“焊缝腐蚀”的过程。水会渗到铜焊连接部位与股线的交界面以及股线和水连接盒之间交界面的微小空隙中。出现焊缝腐蚀的条件：铜焊不均匀使铜股线间以及股线和水连接盒间存在小空隙。铜焊处的空隙允许水存留。铜焊中的磷与水和氧化合产生磷酸，磷酸腐蚀铜焊使空隙加大。最终，铜焊里的微小裂纹不断发展，使得水渗漏到相邻股线间或者股线束与水连接盒之间，直到水接触到主绝缘。,13,定
8、子绕组漏水故障的查找,检修中从外观上很难发现定子内冷水系统存在渗漏隐患。若发展到严重阶段，当用小锤敲击主绝缘时可能会听到发空的声音。声音发空的部位越靠近铁心，故障风险越大。电气试验也有效（宁东）。发现故障隐患的最有效手段是在线和离线的试验：氢冷发电机运行期间定子内冷水中会出现较高浓度的氢气；补氢速率会比正常时有所增加。可靠的在线诊断系统，能够有效监视进入冷却水系统中的氢气泄漏量。改变氢压与水压差可确认漏氢量变化。离线试验中，真空和压力衰减试验是确认水系统是否存在渗漏问题的可靠检测方法，已有试验标准。氦质谱仪或卤素气体示踪仪的泄漏试验，有助于对可能已存在渗漏线棒的故障定位。,14,防止微渗漏故障
9、的措施,为防止故障的发生或者减缓故障的发展过程，应维护内冷水系统化学指标满足相关运行标准（DL/T 801-2010）；特别注意内冷水中氧含量的数据，一定要监测氧气含量并调整维持在规定的范围内（贫氧水系统要低于30ppb）；氢冷汽轮发电机，应维持氢压高于水压，即使裂纹已经开始发展，仍可以减少水的渗漏速率；如果已知某线棒绕组绝缘由于渗漏水已经存在严重分层，很重要的事情就是应避免进行高电压试验、非同期并网、或者（如果可能）避免来自电力系统的电流或电压冲击，除非用户已经准备好处理接地故障的一系列后果。即使已经劣化很严重的黄绝缘，也能够承受正常运行情况下的各种应力达数年之久（绥中）。,15,微渗漏故障
10、的处理,更换个别有缺陷的线棒可以帮助绕组恢复到正常的运行寿命。除更换线棒的选择外，下列处理措施也可一定程度上延长线棒绝缘寿命：在内冷水中添加某些化学药剂，这些化学药剂可在裂纹处聚集，堵塞铜焊处的渗漏，而不会堵塞冷却水系统其他部位。在缺陷线棒上使用环氧填塞局部裂缝。把分级固化环氧注入到铜焊连接部位的气隙中，以便消除能存留水的空隙。必要时需割开绝缘盒使维修部位暴露出来，但不需要对铜焊连接部位加热。全面的环氧加强维修。除了已知渗漏的铜焊连接部位，作为预防性手段，用环氧注入法维修所有的铜焊连接部位。不过，与重绕绕组所提供的额外质量保证和可能的增容能力相比，这种维修是否值当需要权衡选择。更换渗漏水的连接
11、盒，并用新型材料和新工艺重新铜焊。这种方法除了需要割开绝缘盒，还要求拆除所有已有的铜焊连接，加热工作量大，因此也增加了破坏绝缘完整性的危险。,16,发电机内冷水系统漏氢在线监测方法,内冷水箱上的氢气逸出状态可以用指示百分比浓度的氢敏仪器监测，或者密封式水箱监测空间气体的压力变化，或者与限压阀配合流量计加烃类传感器作氢敏报警和记录逸出气体流量。其中鈀栅氢敏仪器的监测方法较理想。通常若稳定测出存在百分之零点几的漏氢量是属于正常的情况。1以上浓度才值得注意。目前国内在用的测氢装置主要是钯栅场效应管作氢敏元件测氢仪和热导式氢气分析仪。各有优缺点。水箱上探测微量氢前者较灵敏、可靠。两种漏氢监测仪在我国都
12、已有二十年以上的实际业绩历史，产品覆盖范围较大。,17,鈀栅场效应氢敏管的特性,鈀栅场效应氢敏管只对氢气有反应，选择性好，灵敏度高、响应和恢复时间短、工作温度低以及气电转换过程中不消耗氢，适合在线探测微量氢。钯管的缺点是对氢气的响应非线性，随氢气浓度上升灵敏度下降，最大测到6，一般到4就不再有氢响应，相当于“中毒”了，不过当氢浓度再次下降到4以下时，它还是会继续响应。我们看到的在线监测仪器显示氢气是线性刻度，实际是仪器对信号进行了线性化处理。本质安全型的防爆性能（低于氢的起爆能量要求）。,18,钯栅场效应晶体管对氢气的反应曲线，实线为原始线，虚线为改良线,开启电压（V）,氢气浓度,19,使用鈀
13、栅场效应管型测氢仪应注意的问题,氢气在内冷水箱中有可能会积存一定的数量，直接测量出的数据就不真实，明显偏大，不是我们要了解的实时泄漏量。故测试过程中要让氢气对空排放一段时间，使气体流动起来再测。要避免传感器（钯管）被水、油、灰尘等污染。传感器存在一定的“零漂”现象，需要定期（最好半年左右）校验一次仪器。内冷水箱上正常情况是应该有微量氢的，若始终指示为“0”，也应该校验仪器，可能是传感器失效了。实践证明，维护良好的鈀栅场效应管型测氢仪可靠性相当高，报警及时，维护工作量少，确实起到了在线监视发电机内冷水系统泄漏的作用，有的安装十几年了仍在工作。,20,热导型测氢仪器的性能,属于传统的气体分析方法。
14、测量原理是利用氢的良好散热特性使通氢热导室的铂丝电桥电阻发生变化反映氢气浓度。铂丝需通电加热工作，一般要求达到400才具有较高的测氢灵敏度，但为考虑检测易燃易爆气体的安全性，一般把温度降到80100，牺牲一些灵敏度。为防爆安全，前端还需有阻火件，为保证热导正常工作，需要抽气泵将测点气样抽取至热导仪的热导室中进行分析测量。装有铂丝测量电桥的热导室，不允许油气及水汽进入。,21,热导式氢气分析仪的优缺点,氢气浓度测量范围宽（0100），重复性好。但1以下和95以上氢气浓度测量精度较低。通常仪器工作稳定性高，长时间无须标定和调校。反应时间有一定滞后。若抽气泵通过管道将多点被测气体轮流抽到一台热导仪中
15、去测量显示气体中的氢气含量，其显示时间上存在大约30分钟的滞后（以6个测点，每测点占5分钟计算）。此外，还可能存在气体滞留在管道中造成读数“死机”的现象。抽气泵需24 d/h不间断工作，成为仪器的易损易泄漏部件，使仪器故障率较高。内冷水箱顶部抽出的气体湿度高对仪器有负面影响。油污会使粉末冶金制造的阻火塞变得不畅通，影响测量。,22,各种测氢方式的综合性介绍,据了解，世界上只有俄罗斯和中国采用热导型测氢装置监测发电机多点漏氢。根据专利文献资料检索，发电机内冷水箱上漏氢监测是各个国家都很重视的重要监测项目。发达国家通常采用压力传感器元件组成的监测系统监测密闭式内冷水箱中的漏氢，我国则少见。利用鈀栅
16、氢敏元件在发电机内冷水系统中监测含氢量有一些国外专利报道，但未形成工业应用，只在我国做了大量普及。从测量准确度和仪器长期稳定工作在线监测可靠性来说，鈀栅型仪器较好。,23,定子内冷水箱监测漏氢小结,检测内冷水箱的含氢量变化对监视定子线棒绝缘破损，特别是各个连接头处密封状况有着极其重要的价值，从避免发电机突发重大事故的预警功能来说，比监视封闭母线上的漏氢量更为重要。正常情况下漏氢指示有一个基数，通过观察记录它的变量就能间接知道定子绕组内冷水系统密封性是否异常。实践表明，漏氢监测仪曾多次成功报警，及时发现了发电机内冷水系统的故障。如盘山电厂。通过减负荷、减氢压、增大氢水压差等方式，能够在运行中验证水系统故障报警的真实性，用便携式仪表在排空门出口检测也可以对比验证。,
