苏制200MW机组发电机静子线棒裂纹原因分析

作者：河北电力研究院 欧阳杰 乐淑芳

欢迎访问e展厅 展厅 2 中小型发电机展厅 柴油发电机组, 汽油发电机, 燃气发电机组, 移动电站, ... 摘要：通过对某发电厂5、6号发电机静子线棒（包括矩形铜管及扁铜条）断裂试样的断口宏观及扫描电镜观察、化学成分、断口表面能谱成分、金相组织等检验结果进行分析，认为该线棒断裂原因为腐蚀疲劳。 关键词：发电机静子；线棒；断口分析；腐蚀疲劳 Abstract：Through visual and scanning electron microscopic inspections and analyses of chemical, fracture surface energy spectrum and metallurgic analysis results of stator winding bar sample (including rectangle copper tube and flat copper bar) of generators Nos. 5 and 6 in Cangzhou power plant, it comes to a conclusion that the fracture is caused by corrosion fatigue. Keywords：generator stator;winding bar;fracture analysis;corrosion fatigue 某发电厂5、6号发电机系原苏联20世纪50年代设计产品，型号为TBB2002A，容量200 MW，于1979年投运，至2002年底累计运行约160 000h。自1993年开始5、6号发电机曾4次出现两端部铁心松动、过热及断齿现象，后又发现静子线棒有松动磨损现象。2002年对6号发电机做二倍频测量，各槽线棒的固有振动频率均发生了变化。2002年8月，6号发电机发生运行中静子线棒汽侧渐开线鼻部近集水盒R弯处导线断裂漏水事故，停机转检修进行了更换线棒处理。线棒宏观裂纹形貌见图1。经检查，宏观可见7根线棒断裂，以下对断裂线棒进行失效原因分析。 1 材料鉴定 1.1 材质成分分析 对断裂线棒没有腐蚀部位成分进行化学分析和气体分析，结果见表1。经分析证明线棒材质不存在质量问题。 1.2 机械性能 对发电机线棒进行室温机械性能试验，试验结果平均值为：矩形铜管抗拉强度Rm=235 MPa，延伸率A＝52.5％；扁铜条抗拉强度Rm=235 MPa，延伸率A＝60.5％。这些性能指标符合标准要求。 1.3 金相组织 该铜棒金相组织为孪晶奥氏体，矩形铜管内壁有腐蚀情况发生，可见内壁腐蚀凹坑，腐蚀由内壁向外壁沿晶界发展，晶界已经明显粗化，形成裂纹。腐蚀大部分沿晶界发展，少量穿晶。线棒金相组织及内壁微观裂纹见图2。 2 断口分析 2.1 宏观分析 矩形铜管及扁铜条均沿其横向发生断裂，断裂位置在静子线棒汽侧渐开线鼻部近集水盒R弯处沿线棒轴向20 mm范围内。将裂纹打开后观察，断口较平齐且呈暗黑色，均为陈旧性断口，断口上有沉积物。线棒断口沉积物形貌见图3。 2.2 微观分析 对矩形铜管及扁铜条断口进行扫描电镜分析，观察可见明显的腐蚀疲劳断口特征，断口被腐蚀产物所覆盖。腐蚀产物去除后，矩形铜管断口上存在许多腐蚀坑和腐蚀疲劳断裂的特征，断口表面有许多细沟线（图4），经分析认为这是由交变应力作用下形成的滑移台阶经腐蚀后形成的。扁铜条断口外缘有向内发展的同心弧线条纹花样称年轮条纹，为疲劳裂纹扩展区的形貌特征。 2.3 表面能谱分析 经能谱分析发现矩形铜管及扁铜条断口表面沉积物含有大量的Cu、Fe，中量的S，少量的Cl、P等腐蚀性物质，还有Si、 Ca、Al、Mg等元素，这些元素一般以氧化物或碳酸化合物的形式存在。断口表面能谱分析见图5。 3 分析及结论 a. 静子线棒材料鉴定未见异常。 b. 发电机静子线棒松动，使各槽线棒的固有振动频率均发生变化而引起部分线棒共振，造成线棒承受较大的周期循环应力。 c. 静子线棒汽侧渐开线鼻部近集水盒R弯处导线由于加工时弯曲变形，使该处导线受弯曲力作用且导线外圆部分受拉应力；裂纹产生部位是焊接区与非焊接区的交界处，所以此处又是焊接热影响区，该区域残余应力较大。另外该部位导线由于绑扎受到约束，因此，较大的周期循环应力集中作用于导线R弯处。 d. 扁铜管内腐蚀产物中S、Cl和P等腐蚀性物质长期作用于铜管内壁，在管内壁形成腐蚀坑。在腐蚀和周期循环应力作用下，在腐蚀坑处形成微裂纹，逐步向外发展形成宏观裂纹，最后贯穿整个管壁，造成扁铜管开裂泄漏。 e. 腐蚀性物质S、Cl等应为冷却水带进来的，水冷器有微漏处，运行过程中不断有少量循环水被带入机冷水中。 f. 扁铜管内壁覆盖的含多种物质的腐蚀产物，特别是含有Cu、Fe的腐蚀产物，在磁场作用下易沉积，沉积物堵塞水流可造成发电机定子严重烧损事故，这也是不容忽视的一个重要问题。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (10/10/2005)