气瓶水压试验第34卷第1期2021年3月Vol. 34 No. 1Mar. , 2021
《燃气轮机技术》GAS TURBINE TECHNOLOGY 某电厂燃气轮发电机导电螺钉断裂事故分析 曾宪英
（南京汽轮电机（集团）有限责任公司，南京 210037$
摘 要：某9E 级燃气电厂，一台发电机岀现失磁跳机。机组完全停下后，在运行现场检查后发现，内侧滑环 导电螺钉头部断裂飞岀，造成导电螺钉及滑环烧毁。确认损坏部件后抢修，机组开机并网一切正常。将断裂
的导电螺钉进行分析，并对其做金相组织显微分析、成分检验和强度、硬度检验，并结合另一根完好螺钉及同
批次螺钉检查，确定事故原因，以此为依据对结构材料进行修改，保证机组未来运行安全。
关键词：9E 燃气轮发电机；导电螺钉；事故分析；断裂；错铜中图分类号:TK470
文献标志码：B 文章编号：1009-2009 （2021） 01-0060-04
某9E 级燃气电厂采用两台135 MW 静态励磁
发电机。该型发电机通过非原动机端两个滑环，并
经过滑环上的导电螺钉将励磁电流导入转子内。如 果中间有某个环节出现断路，发电机即出现失磁
跳机。
事故发生在1号发电机上，某日深夜突然报出 转子接地报警，然后失磁跳机。机组完全停下后，在
运行现场检查后发现，内侧滑环导电螺钉头部断裂 飞出，并且导电螺钉及滑环之间拉弧烧毁。
1事故介绍
1.1损坏处结构
1号发电机为135 MW 静态励磁发电机，励磁 电流通过“电刷一滑环一导电螺钉一导电杆”的路 径进入发电机转子。本次事故发生在靠原动机端的
内侧滑环处（见图1 ）。导电螺钉与导电杆螺纹连
接，然后由头部螺母将滑环与导电螺钉压紧，其余部 分均做绝缘处理，确保所有导电部分与转子轴绝缘 防止接地。
根据现场检查，导电螺钉头部连同螺母一起从
根部断裂飞出，滑环安装导电螺钉处烧毁。
1.2初步分析事故过程
根据对损坏部件的观察分析，可以初步确定整
1 分结
个损坏过程：导电螺钉头部首先在根部断裂（见图55cao
发动机摇臂
2），断裂位置为变径处，断裂后头部飞出，造成励磁
回路断路。回路一旦断裂，其无法储能，将会在断路 处产生一个巨大电压，导致此处拉弧。由于转子线 圈为一个巨大的电感（励磁电流893 A 、励磁电压
403 V ），储能很大，使滑环上的金属闷头与剩余导 电螺钉之间拉弧烧融（见图3），最终使剩余导电螺
糖果模具
钉大部分变成铜水飞出，同时在滑环处烧出缺口，导 电螺钉底部螺纹最后无法承受高温下的离心力飞出 （见图4）'
判断基于以下原因：首先飞出的头部包括断面 都没有高温烧灼的痕迹，但处于同一位置的滑环及 闷头却有严重的烧蚀，所以可以判断烧融发生前头
收稿日期#2020-07-01改稿日期#2020-07-14
作者简介：曾宪英（1906一），男，南京人，本科，现从事大型汽轮机、燃气轮发电机设计工作，E-mail ： zengxianying @ ntcchina. com
。
第1期某电厂燃气轮发电机导电螺钉断裂事故分析61图2导电螺钉头部
图3滑环烧毁部分
4#
已。底 分有明显的烧蚀痕迹但分有，明烧不生在底分。同有大部分消失，但：内有大量铜水的，可以使
为铜水的温度只有可以产生出来，所以可以得
后环烧融的结论（见5）。
2事故分析
2-1检验结果
先对进行了成分检验和强度、硬度检验。
验结果为：同的伸试验中抗拉强度270MPa，伸长率31%，布氏硬度80（HBW5/
图5事故过程不意
250/30）。化学分检验结果同批次导电螺钉Cu+ A/为99-901%，发生的Cu+A/为99.97%。该导电螺钉原始材质为T2铜，状态为Y2，依据标准以上试验结果应要求°另外对发生失效的进行了金微组织分析验。生 后残留的断口表大部分被机伤，仅有少量口痕迹，理化分析限仅映部分特征。建
留口的，断口表面有明显的塑性变，为后期的，而。同的另外一心部的金为正〕，为79.5o
2.2事故分析
，中的
分：工作环境分有高温、热
；根据材料应力、应变的大的循环次数的多少，可分为高周低周；从应力状态分，有、拉伸、扭转*1+o
目的另一的分析实验已经完成。实验内：成分分析（材料为T2铜）、力学性能、断面扫描及金相组织显微分析。从报告看，料分及性要求，设计的系数很高，2，扫结果
留口的，断口表面有明的性变，为后期的，而o 同的另一金为正o
事故的过程可以通过现象，以为依据，进一步通过实验结果对原因进行分析。下半部分都已烧融，断裂位置已消失。飞出的
虽
62燃气轮机技术第34卷
然没有烧融，但后东西上，断
了损伤（6）。以的原因根据现象、验报告以及另一根完好的的现象进行分析。从的滑环上拆下的另一根完好的导电螺
退了一个环痕（见图7），退这个变径过渡的设计有一个R1的，但这的导电
o这完好的有另外一个现象，分流环接触的有一伤的痕迹，这个痕迹拆下来存在，属行时产生的。
6
图7导电螺钉头部变径处
根据以上的现象，可以确定出事故的原因：长度约为2m的杆造而成，随机组负荷的升高，杆生 的现象。转子本体为有同样的效果，但的系数（0.12/0.10）不同，负荷下，杆本体有一个1mm左右的，杆带'电螺钉相对于滑环与分流环移动1mm。正况下在设计考虑到这点，分流环及盖处留有间隙。从完好
的分的那个痕迹看（8），应该有这个隙的。可以这杆较设计要长，孑L、压盖分流环不同心，分分流环及盖触了，随一机的，
一o另另一完好的导电螺钉上发现不合格的缺陷，不合格的导电螺钉进入装配，这样机组起
，而退的造成应力集中，多的起
大，最痕及离心力
o而底有压盖保护，所以不现o
图0螺纹受损痕迹
综：材料合下，造
误，机的产生的轴向应力，最变痕o
3
在此次事故发生后不久，两个汽轮发电机电厂生了相同的事故，一个是静磁135MW汽轮机，另一个是静磁75MW汽轮机，汽轮机均采用相同结完全一样的导电
o据厂机
生事故的9E燃气轮机为同产品，并且这个电厂机有负荷大范围波动或的调峰运行工况，分析后认为事因同的。具体原因文。
针对轴向消除的应力集中，在结进行如下改进：
1）的退消，过增大，先的1mm改成4mm。
2）造隙，加强杆
智能会议系统 ABCDMIX
造，使设计标准，并增加隙的o好后孑
的隙的
o
第1期某电厂燃气轮发电机导电螺钉断裂事故分析63
双向推车同时将导电螺钉材料由T2紫铜换成CuZr错铜。高强高导铜锯错合金因其强度高、电导率高的特性，被广泛应用于电子、电力、航母及舰船、交通、机械、航空航天、国防等工业领域，如电气化铁路接触导线(电车线)、集成电路的引线框架、各类点焊、滚焊机的电极、高端连接器材料、触头材料、电枢、电动工具的换相器、大型高速涡轮发电机的转子导条及端环[2]o
CuZr在保证85%导电率的同时，屈服强度可以
274MPa、强308MPa，应力力强于T2紫铜。
4结论
综上所述，此次导电螺钉断裂事故是由于导电杆安装误差造成的没有轴向热膨胀间隙，在运行时产生轴向应力挤压，同时由于导电螺钉制造失误，在导电螺钉头部变径处产生应力集中，经过长年运行，机组频繁启停，最终断裂。
改进方向是进一步增加制造精度、加强检验，并将导电螺钉材料改成强度更高，更耐应力腐蚀的材料。同时未来机组小修及大修时增加导电螺钉的检查项目。
另外将安装了同批次导电螺钉的燃气轮发电机机组进行了维修，更换了改进后的CuZr导电螺钉，并且安装时保证安装间隙。目前所有机组运行状态良好，尚未出现相同事故。
参考文献：
[1]胡晓阳.浅谈金属材料疲劳断裂现象及在生产中的应用*J].机
械管理开发，2011，123：93-95.
[2]钟海燕，袁孚胜.高强高导铜珞错合金的市场现状分析[J].有
冶金设计与研究,2019，40(01)：28-30.
Analysis on the Fracture Accident of Gas Turbine Generator Conductive Screw
Zen/Xianyin/
(Nanjin/Turbine&Electric Machinery(Group)Co.，Lth.，Nanjin/210037，China)
Abstract:A9E-class gas turbine power plant experienced a loss of ma/netism and mipping.After the unit came te a complete stop，it was found after inspection of the operation site that the head of the
conductive screw of the inner slip rin/brode and flew out，causin/ the conductive screw and slip rin/te burn out.After confirmin/the damaged parts，made an emei/enco repair，and the unit is turned on and connected te the grin normalty.Analyze the broden conductive screw and do metallocraphic microscopic analysis，composition inspe8tion，steen/th and haednessinspe8tion，and8ombinethestateotanotheeinta8ts8eew and theinspe8tion otthesamebath ot s8eewstodeteeminethe8auseotthea88ident.Moditsthesteu8tueaemateeiaestoensueethesateopeeation ottheunitin thetutuee. Key words：9E gas turbine generator；conductive screw；accident analysis;fracture；CuZr
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