火电厂与核电厂广泛应用的汽轮发电机设计使用寿命均为30年，使用期间如发生不可预测的事故，则需进行计划外强制停机检修，检修技术人员需依据汽轮发电机故障类型采取更换零部件、局部维修或增容改造及更换换代。现阶段，人们用电需求量显著增加，为此技术人员需熟练掌握汽轮发电机的维修、改造及更换要点，结合故障类型确定适宜的处理方案，以确保火电厂与核电厂的安全稳定运行。
一、火电厂和核电厂汽轮发电机局部维修方案分析
某汽轮发电机容量为600MW，持续运行10年产生定子接地故障，导致下层区域2各支线棒受损。技术人员经调查分析得知，产生故障的原因为该汽轮发电机定子绕线组采用水内冷，线棒冷却水泄露，进而导致绝缘吸水及绝缘劣化，最终导致上述故障。技术人员依据问题成因制定维修方案，将受损的线棒拆除，操作中需移动线棒，经耐压试验分析，该汽轮发电机26支线棒中5支绝缘失效，为此技术人员修复股线与水盒间的钎焊，更换线棒绝缘，维修处理后将线棒安装至定子绕组。完成上述操作后，技术人员对定子组进行泄露试验，结果显示未拆除的线棒中共4支存在泄漏。为解决此问题，技术人员采用特殊树脂校准定子绕线组端部，以构建密封状态良好的保护膜，避免水泄露[1]。
二、火电厂和核电厂汽轮发电机改造方案分析
（一）转子绕组接地
某汽轮发电机容量为600MW，持续运行8年产生定子绕组绝缘劣化，槽绝缘与转子匝间绝缘劣化，并产生转子励磁绕组接地故障。该汽轮发电机运行时间较短，无需整机更新换代，为此制定改造方案。技术人员依据绕组空间分布情况有效调整股线与线棒尺寸，调整槽内线棒支撑系统。同时，将高压套管更换为聚四氟乙烯软管，并更换定子绕组线棒与转子励磁绕组线圈绝缘，设置去除离子的冷却水接头，采用18Mn-Cr沪环，并在每两层转子槽内线匝间设置层层间隔。另外，技术人员更换线圈引线与槽楔，调整线圈极与引线区间的连接线，并采用F级绝缘[2]。
（二）定子绕组接地
某汽轮发电机容量为300MW，运行20年后定子线棒端区钎焊水盒产生冷却水泄露故障，导致空心股线内部进入氢气，冷却水流量显著降低，并导致定子接地故障，部分定子铁心及线棒融化。为解决此类问题，技术人员制定改造方案，将定子铁心与定子绕组，增加铁心端部区域压板外侧阶梯数量，定子铁心线槽未更换，采用实心与空心相结合的股线[3]。同时，技术人员优化调整罗贝尔换位，以减少环流产生的电能损耗，槽内设置弹性波纹板，以提高线棒支撑效果。另外，技术人员需在铁心端部区域设置传感器，实施监测铁心温度，如发现异常及时处理。检测中发现，该汽轮发电机氢气冷却器侧方区域橡胶挡板收缩，改造过程中采用高容量冷却设备取代传统的冷却设备。
（三）氢气泄漏改造方案
某汽轮发电机容量为600MV，运行15年后产生主轴密封区域氢气泄漏及定子绕组线棒绝缘效果不佳等问题。技术人员经检查分析确保改造方案，将弹性波纹板安装与线槽定子线棒上方区域，优化调整线棒与股线尺寸，并调整股线的具体位置。同时，技术人员对氢气油密封系统进行改造，采用螺栓固定扇形密封环，以达到良好的密封固定效果。
（四）冷却水泄漏改造方案
某汽轮发电机容量为1000MW，运行12年后定子绕组线棒水盒与股线周边钎焊区域产生冷却水泄漏。技术人员经研究分析制定改造方案，提高实心铜在线棒中的比例，优化调整诺贝尔换位技术，以降低环流所致电能损耗。采用冷拉铜材质的瓶形冷却水盒取代原有冷水盒，并在调整冷却水箱通风设计，以确保冷却水中溶解氧质量分数符合相关标准要求[4]。
三、火电厂和核电厂汽轮发电机更换方案分析
目前，汽轮发电机最大容量为1000MW，多应用于核电厂。我国某核电厂引进的1000MW汽轮发电机运行15年后风扇损坏，导致其产生强制停机问题。另外，该核电厂600MW汽轮发电机定子绕组端存在强烈振动，使其绝缘损害，导致接地故障，引发强制停机。针对上述问题，技术人员经检查及综合分析制定更换方案。
（一）零部件更换方案
综合考虑发电机问题及多级风扇运行问题，技术人员经多级风扇更换为单级径向风扇，并放置于发电机两端区域。同时，技术人员对发电机进行更新换代，更换配套油密封系统、定子水冷却系统、气体控制系统，以确保其与发电机兼容，另外，技术人员调整定子顶部冷却器，将其水平安装于发电机两端定子顶部，并更换盘车油压系统，以有效带动盘车装置[5]。
（二）励磁系统更换
该汽轮发电机原励磁系统为无刷励磁系统，其主要特点为转子独立，横向振动偏高。技术人员经综合分析研究，将励磁系统更换为静止励磁，并在原无刷励磁区域安装钢板底座，以方便后续安装操作。更换后发电机底脚轴向总长度显著缩短，底脚螺栓数量减少，汽轮机与定子铁心距离增加。完成安装后，技术人员进行振动水平验证，采用ANSYS软件分析振动、噪声、机械应力、结构及电磁场分部等参数，结果显示静止励磁系统可满足实际要求，与无刷励磁系统相比优势显著。
（三）增容
技术人员对该汽轮发电机进行增容改造及更新换代，主要环节包括设计、制造、安装及运行状态检测。经过增容改造的汽轮发电机运行可维护性、可靠性及整体效率均显著提高，其容量增加2.88%。同时，技术人员更换汽轮发电机高压转子，使其容量与发电机容量完全匹配[6]。
（四）强烈振动处理
该核电厂600MW汽轮发电机受转子主轴双倍频率振动等因素影响，氢气冷却箱体表面形成裂缝，导致内部冷却水渗漏，并引发空心股线内部阻塞。技术人员经综合分析研究认为，该核电厂6000MW汽轮发电机运行时间达到23年，维修难度较大，维修后无法保证实际效果，为此决定更换新型汽轮发电机。更换后检测结果显示，汽轮发电机输出功率增加2-3%，工作效率显著提升，工作温度显著降低，与原汽轮发电机相比优势显著。
结语：
汽轮发电机设计使用寿命多为30年，部分火电厂与核电厂汽轮发电机实际使用时间接近或超过设计寿命，加之各类不可预测状况的影响，导致汽轮发电机运行过程中存在诸多故障。为此，技术人员需加强研究，结合故障问题维修、更换及改造方案，并在实践中不断总结经验，不断改善汽轮发电机运行状态，以确保电力资源的供应稳定。
参考文献：
[1] 武玉才,李宏硕,王泽霖,等. 极端不利工况下汽轮发电机励磁绕组短路故障危害性评估[J]. 电机与控制学报,2021,25(10):9-20.
[2] 艾科勇,张永明,王文斌,等. 基于本体和信号分析的汽轮发电机组故障诊断方法研究[J]. 机械设计与制造工程,2021,50(11):65-70.
[3] 剡昌锋,栗宇,王慧滨,等. 基于本体的汽轮发电机组故障诊断知识建模[J]. 兰州理工大学学报,2020,46(5):41-48.
[4] 李郁聪. 核电汽轮发电机定子水电接头问题处理及建议[J]. 设备管理与维修,2017(9):122-124.
[5] 梁建军. 汽轮机异常振动原因及维修应对措施[J]. 电力系统装备,2019(19):139-140.
[6] 张强,剡昌锋,王慧滨,等. 基于规则与案例推理的汽轮发电机组故障诊断专家系统[J]. 电力科学与工程,2018,34(6):52-59.