水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極線圈開(kāi)裂故障分析及處理

周清，周若愚

（中國(guó)水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710032）

水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極線圈開(kāi)裂故障分析及處理

周清，周若愚

（中國(guó)水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710032）

金沙江魯?shù)乩娬玖⑹剿啓C(jī)組在大修期間，發(fā)現(xiàn)6#機(jī)組磁極出現(xiàn)不同程度的磁極線圈開(kāi)裂現(xiàn)象。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查、數(shù)據(jù)測(cè)量，對(duì)事故原因進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的處理方案。

立式水輪機(jī)組；線圈開(kāi)裂；故障原因；處理方案

1 立式水輪機(jī)組

魯?shù)乩娬景惭b有6臺(tái)立軸、半傘式、三相、空冷式同步發(fā)電機(jī)，其額定容量為400MVA 、額定轉(zhuǎn)速為100r/min、定子額定電壓為18kV、轉(zhuǎn)子磁極個(gè)數(shù)為60個(gè)。

該機(jī)組發(fā)電工況轉(zhuǎn)向?yàn)楦┮曧槙r(shí)針?lè)较?，主要結(jié)構(gòu)由定子、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子上方的上導(dǎo)軸承、轉(zhuǎn)子下方的推力軸承、下導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承以及輔助系統(tǒng)組成。其發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與常規(guī)發(fā)電機(jī)相似，由主軸、轉(zhuǎn)子支架、磁軛及磁極等組成；磁極是提供勵(lì)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)結(jié)構(gòu)，常采用T尾進(jìn)行固定；磁軛主要作用是構(gòu)成磁路，其外緣加工有T尾，以固定磁極。

2 磁極線圈引線開(kāi)裂現(xiàn)場(chǎng)情況

2016年汛后至2017年訊前魯?shù)乩娬舅啓C(jī)組檢修期間，發(fā)現(xiàn)6#機(jī)組磁極線圈引線存在不同程度開(kāi)裂、接頭變形等現(xiàn)象，給機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了不確定性因素，為防止事故因素?cái)U(kuò)大，對(duì)相關(guān)開(kāi)裂磁極進(jìn)行了拆除處理?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、調(diào)查記錄如下。

（1）經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，6#機(jī)組共有60個(gè)磁極，其中有15個(gè)磁極存在引線匝間開(kāi)裂現(xiàn)象，絕大部分磁極主要集中在上端引線側(cè)、引線處開(kāi)裂，其中有一個(gè)磁極線圈在四個(gè)角部均存在開(kāi)裂，另有兩個(gè)引線和定子側(cè)角部開(kāi)裂，另其余磁極均是輕微開(kāi)裂現(xiàn)象。如圖1所示。

（2）磁極連接線與磁極線圈引線的把合孔存在螺紋擠壓痕跡，經(jīng)現(xiàn)在觀察及測(cè)量，有些明顯為環(huán)氧膠滲入所致的痕跡，也有部分為螺栓與銅排孔擠壓痕跡。

（3）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，拆開(kāi)極間連接時(shí)架設(shè)百分表監(jiān)測(cè)引線位移情況，未發(fā)現(xiàn)有位移情況；同時(shí)把合螺栓取出情況也是非常輕松，沒(méi)有卡阻現(xiàn)象。

（4）出現(xiàn)引線開(kāi)裂的磁極，均有不同程度的引線接頭低垂現(xiàn)象。

圖1 磁極線圈開(kāi)裂現(xiàn)場(chǎng)示意圖

（5）在磁極拆除時(shí)磁極鍵連接較緊，磁極與磁軛間未發(fā)現(xiàn)明顯的間隙，可以確認(rèn)磁極與磁軛連接比較緊固。

（6）轉(zhuǎn)子下端，磁極線圈非引線端未發(fā)現(xiàn)磁極匝間開(kāi)裂現(xiàn)象。

3 故障原因探討

魯?shù)乩娬緳C(jī)組運(yùn)行以來(lái)，首次出現(xiàn)磁極引線開(kāi)裂現(xiàn)象，事故原因存在較多不確定因素；結(jié)合該電站機(jī)組運(yùn)行方式及運(yùn)行頻度，導(dǎo)致磁極開(kāi)裂現(xiàn)象的原因，分析主要如下。

（1）結(jié)合磁極內(nèi)側(cè)引線低垂現(xiàn)象，經(jīng)與廠家設(shè)計(jì)探討，分析主要是因?yàn)榇跑椄叨葹檎睿瑯O間連接線在包完絕緣后厚度也比設(shè)計(jì)值偏厚，最終導(dǎo)致上層極間連接線與內(nèi)側(cè)引線的高度差較大；兩者若要連接在一起，上層極間連接線必然需要向下傾斜，同時(shí)也需要引線隨著傾斜。因此，內(nèi)側(cè)引線在安裝前需要調(diào)整，使引線與傾斜的極間連接線接觸面平行，因調(diào)整量較大，如果調(diào)整不當(dāng)可能會(huì)造成引線開(kāi)裂。

（2）根據(jù)引線孔螺紋痕跡，再結(jié)合磁極固定方式采用傳統(tǒng)的ALSTOM設(shè)計(jì)，主要依靠一對(duì)楔塊來(lái)楔緊磁極壓板固定磁極。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，磁極在巨大的徑向離心力作用下，與磁軛緊貼，不會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)，但在甩負(fù)荷、水泵斷電等過(guò)渡過(guò)程中，機(jī)組振動(dòng)較大，不可避免會(huì)存在運(yùn)行擺渡、軸向方向加速力，而磁極楔塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使其自由度不能有效約束磁極在這兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致磁極整體晃動(dòng)，產(chǎn)生磁極線圈開(kāi)裂因素。磁極壓緊示意圖，如圖2。

圖2 磁極固定局部示意圖

（3）根據(jù)磁極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可知發(fā)電機(jī)磁極線圈套入磁極鐵心后，僅僅依靠在線圈和鐵心間塞緊絕緣板和在末端纏繞φ20玻璃纖維繩的方式來(lái)固定，而這種固定方式屬于強(qiáng)度較弱的一種固定方式，只能防止磁極在運(yùn)輸、吊裝等過(guò)程中線圈不松動(dòng)。機(jī)組在正常運(yùn)行時(shí)磁極線圈所受徑向離心力可傳遞到磁極前段極靴處，但在過(guò)渡中線圈其他方向受力就無(wú)法通過(guò)目前固定方式完全約束，會(huì)出現(xiàn)微小的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，如松動(dòng)、晃動(dòng)，而磁極和線圈晃動(dòng)會(huì)導(dǎo)致線圈與極間連接線相互拉扯，相互出現(xiàn)位移，最終導(dǎo)致磁極線圈開(kāi)裂的現(xiàn)象。

4 故障處理方案

結(jié)合事故分析原因，雖然6#機(jī)組磁極引線開(kāi)裂的現(xiàn)象，至今未發(fā)生任何事故，但長(zhǎng)期運(yùn)行，可能存在轉(zhuǎn)子回路匝間短路的危險(xiǎn)因素，以及損壞其相關(guān)部件，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)燒毀。針對(duì)磁極開(kāi)裂現(xiàn)象，暫以個(gè)別案例進(jìn)行處理，主要以磁極在安裝期間調(diào)整引線受外力引起因素為主。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況制定以下兩種修復(fù)方案，方案一是通過(guò)對(duì)磁極引線開(kāi)裂處進(jìn)行清理、絕緣、夾緊修復(fù)，而方案二是作為方案一在執(zhí)行過(guò)程中遇到必須脫級(jí)才能修復(fù)時(shí)的備案，以備現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)使用。待修復(fù)處理完畢后，再按原圖紙及相關(guān)的技術(shù)要求重新安裝磁極，并按安裝程序進(jìn)行相關(guān)的電氣試驗(yàn)；機(jī)組投入運(yùn)行后，再觀察、記錄相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，以利最終的分析判斷。詳細(xì)方案如下。

4.1 修復(fù)準(zhǔn)備

（1）清點(diǎn)物料和工裝工具物料表。

（2）清理現(xiàn)場(chǎng)，保持干凈，隔絕污染源，如焊接粉塵源。

（3）測(cè)試磁極絕緣電阻、阻抗。

4.2 方案一

（1）墊好支撐（兩層方鋼管橫豎垂直交叉放置），相對(duì)于磁極線圈對(duì)稱放置。

（2）將線圈匝間用壓力氣源等清理干凈，其中對(duì)于開(kāi)裂較小的縫隙，用壓力氣源吹凈；對(duì)于開(kāi)裂間隙較大的縫隙，將原有NOMEX紙盡量去除，然后再用壓力氣源吹凈。

（3）配EP139膠，對(duì)0．18的NOMEX紙刷膠，然后對(duì)于開(kāi)裂較小的縫隙，用0．18的NOMEX紙將膠帶入縫隙填充開(kāi)裂縫隙；對(duì)于開(kāi)裂間隙較大的縫隙，將雙面刷0．18的NOMEX紙塞入開(kāi)裂縫隙，兩層。

（4）在線圈銅排表面墊一層厚布，然后墊好硬質(zhì)木塊，再用大力卡蘭夾緊，目視縫隙縮小至0并排膠，即停止加力，注意對(duì)稱分布施力。

（5）溫室固化24小時(shí)。

（6）測(cè)試絕緣電阻，再將修完匝間開(kāi)裂的磁極線圈放在一起，做阻抗實(shí)驗(yàn)，并做好相關(guān)照片和記錄。實(shí)驗(yàn)方法參考末段。

4.3 方案二

對(duì)于開(kāi)裂情況較輕，以方案一進(jìn)行處理，而那些開(kāi)裂情況嚴(yán)重的進(jìn)行脫極處理，并配合工裝夾具。

4.3.1 拆除玻璃纖維繩

將磁極穩(wěn)定平放，鏨子或?qū)Ｓ霉ぞ邔⒉ＡЮw維繩切斷，順序?qū)⑵鋸臏喜壑刑蕹?/p>

4.3.2 脫極

做好支撐定位，使用脫極工裝，將磁極鐵芯從磁極線圈中頂出，任何人決不允許在千斤頂頂出施力方向以避免造成傷害。

將兩根吊帶放置在線圈的兩端，將磁極慢慢吊起，注意高度，將磁極線圈與磁極鐵芯完全脫離。

4.3.3 標(biāo)記和清理

標(biāo)記：拿開(kāi)上托板并在上托板上做標(biāo)記，清理后待用。

清理：清理線圈和鐵芯上的適型粘、NOMEX紙、玻璃膠，必要時(shí)重新補(bǔ)9130漆。

4.3.4 修理匝間開(kāi)裂

待脫極完成后，參照方案一步驟進(jìn)行后續(xù)處理。

4.3.5 重新裝配

（1）清理線圈和鐵芯，防止任何異物、毛刺的存在，補(bǔ)絕緣漆。

（2）測(cè)試匝間阻抗，并記錄。

（3）圍磁極極身絕緣，0．25X210 NOMEX紙、無(wú)膠紙+0．25xNOMEX 無(wú)膠紙（L型）。

（4）空套磁極，監(jiān)測(cè)絕緣電阻，記錄數(shù)據(jù)。

（5）浸漬滌綸氈，裹包塞板，按圖紙位置塞入極身，常溫固化24小時(shí)。

（6）復(fù)測(cè)絕緣電阻。

（7）絕緣電阻合格后，進(jìn)行滌綸玻璃纖維繩浸漬，然后封繩（將膠AY103和HY956充分混合后，用手反復(fù)揉搓，讓膠安全浸入繩中）。

（8）絕緣膠固化后磁極進(jìn)行清理，補(bǔ)9130漆。

（9）補(bǔ)漆完成24小時(shí)后，可以做絕緣電阻、阻抗實(shí)驗(yàn)、對(duì)地耐壓實(shí)驗(yàn)，其中阻抗實(shí)驗(yàn)要求在環(huán)境溫度比較穩(wěn)定的時(shí)候在同一時(shí)間內(nèi)完成。

阻抗實(shí)驗(yàn)要求通電20A，50HZ或6HZ，各磁極間阻抗值差異要求小于10%；絕緣電阻實(shí)驗(yàn)2500V絕緣電阻表，測(cè)量1分鐘，最小阻值須達(dá)到126兆歐；對(duì)地耐壓試驗(yàn)通AC3960V,50HZ或60HZ，1分鐘，無(wú)擊穿現(xiàn)象。

5 結(jié)語(yǔ)

磁極開(kāi)裂現(xiàn)象通過(guò)運(yùn)用該技術(shù)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)處理，并按照機(jī)組大修后試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了相關(guān)機(jī)組轉(zhuǎn)子試驗(yàn)。機(jī)組調(diào)試時(shí)，通過(guò)機(jī)組動(dòng)平衡試驗(yàn)、甩負(fù)荷試驗(yàn)及機(jī)組水泵工況斷電試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)均未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，并在機(jī)組投入并網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行后，也未出現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)報(bào)警，運(yùn)行穩(wěn)定。通過(guò)此次對(duì)磁極開(kāi)裂現(xiàn)象的事故分析以及詳細(xì)的解決方案，可對(duì)今后低轉(zhuǎn)速機(jī)組出現(xiàn)類似情況提供設(shè)計(jì)、維護(hù)的參考。

[1]張征平，劉石．大型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子故障分析與診斷[M]．中國(guó)電力出版社，2011（12）．

TM312.033

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1671-0711（2017）08（下）-0048-03