水輪發電機轉子磁極引線結構分析與改進

林靜雯

摘 要：某電站發電機轉子引線連接原設計采取傳統方式，由于電站汛期濕度及空氣冷卻器不可靠等因素的影響，經常發生引線連接螺桿受潮，絕緣降低以及接觸電阻增大現象。為了消除此類問題，并為同型號水輪發電機磁極引線損壞問題解決提供經驗，介紹一種具體的改進措施。

關鍵詞：磁極引線；絕緣；水輪發電機；絕緣墊板

中圖分類號：TM31 文獻標識碼：A

某電站6號機組自1995年12月29日投產以來，已連續運行21年多，期間先后進行多次A級、C級檢修，隨著發電機部分設備老化，缺陷出現次數較多，尤其發現6號機轉子多個磁極連接引線的接觸電阻偏大，接頭處發熱嚴重，同時由于結構上不合理，轉子整體受潮現象也比較突出，影響了發電機的正常安全運行。為消除6號機轉子設備的缺陷，提高發電機健康水平，確保機組安全穩定運行，經研究討論分析，決定結合2015年下半年6號機組的A級檢修，對6號機轉子磁極連接引線進行技術改造和相關試驗。

1.轉子概況

轉子支架為圓盤式焊接結構，由中心體和8個扇形外環組成。部件分別運至工地組焊成整體，轉子支架由16根主立筋通過配裝副立筋借助組合鍵與磁軛相連接。磁軛由2.2mm厚高強度鋼板沖制的磁軛沖片疊成。疊裝時以T尾定位，按一定的方式進行疊裝，沿磁軛高度方向設置9條通風溝，在磁軛上、下兩端設置磁軛壓板，以保證磁軛均勻壓緊。在磁軛下端可拆卸的制動環，并可通過墊片調整制動環的水平。磁極在制造廠裝配完畢，在工地將磁極進行相關檢查及試驗。磁極上有兩個T尾與磁軛連接，借助磁極鍵將磁極固定。裝設縱、橫軸阻尼繞組、阻尼環間采用Ω形連接片。阻尼繞組保證負序電流為額定電流的10%時仍能穩定運行（其基本參數見表1）。轉子投運以來，主要存在發電機轉子磁極引線接觸電阻偏大，運行中有發熱現象；連接板固定絕緣螺栓經常受潮，絕緣電阻偏低，為了克服受潮問題，長時間停機后再啟動機組時必須空載運行一段時間，待潮氣揮發后才能投入帶負載運行。

2.轉子引線運行情況分析

2.1 連接裝置設計不合理

原轉子磁極引線連接裝置（如圖1所示）絕緣墊板、連接片以及導電銅板通過8根內置固定絕緣螺栓連接緊固，形成對地絕緣，由于間隙存在，易受潮使絕緣螺桿接地。

2.2 絕緣電阻降低

由于電站地處東南沿海地帶，雨量充沛，空氣潮濕，導致現有的磁極引線易受潮嚴重，在大電流作用下，加重了氧化程度，增大接觸電阻。氧化物常年不均勻覆蓋在接觸面上，導致接觸面不合格，形成惡性循循，絕緣電阻降低到允許值以下；其次由于發電機有時停役檢修時間較長，可能出現開機前轉子絕緣降低的情況；再者是轉子使用年限太長造成的絕緣材料老化甚至斷裂脫落；運行時發電機采用自循環徑向密閉通風形式，發電機運行時碳刷與滑環的摩擦產生碳粉，還可能由于推力軸承油槽滲透油，離心力的作用下隨通風冷卻系統的氣流運動，在線圈端部形成油污及碳粉的累積。

2.3 連接片發熱

原結構磁極引線片與片沒有采用銀焊片，只有連接板接觸面兩面用銀焊方法，片與片之間充盈及接觸達不到理想狀態，勢必增加接觸電阻，產生熱效應，連接片處有發熱現象。

3.改進措施

針對上述轉子磁極存在問題，進行全面深入的原因分析，提出了對電站6號機轉子磁極引線的改造方案。如圖2所示，具體改進措施如下：

3.1 極間連接裝配

首先，發電機在設備拆除前做好記號，對6號機轉子外觀檢查，特別要關注磁極松動和發熱跡象；其次，對6號機轉子設備衛生清掃，拆除轉子磁極連接引線，磁極連接引線接頭處檢查、衛生清掃；拆卸墊板后，要把焊接面打磨平整并檢查焊接面水平度；連接銅板打磨清理，接頭片間處理整形，焊接時用大力鉗固定。具體工藝如下：

（1）轉子外觀檢查，特別應關注磁極松動和發熱跡象。

轉子本體、磁極以及引線連接裝置徹底清洗干凈。

拆除轉子磁極連接引線，磁極連接引線接頭處、絕緣螺栓、引線片與片檢查記錄。

拆卸墊板后，把焊接面打磨平整并檢查焊接面水平度。

打磨清理連接銅板，接頭片間處理整形，焊接時必須用大力鉗固定。

裝配極間連接線頭處理平整，片間氧化物打磨干凈，并用酒精清洗干凈。

焊接時用割槍預熱，按專用焊接守則裝焊極間連接線和導電板，焊料用銀焊片及銀焊絲HIAgCu80-5。

將需要焊接的接頭周圍，用石棉紙板塞好，把調好的石棉泥在將焊接的接頭做石棉窩，做到密實，以免漏下，兩旁接頭用石棉紙板或防火墊隔開，磁極線圈用防火墊好，以免傷及旁邊絕緣。

焊接時要保護好磁極和引線頭的絕緣，防止破壞磁極絕緣。

包絕緣前必須銼修接頭，去掉尖角毛刺，使其表面光滑，銼下的銅屑不得掉進鐵芯內。

轉子磁極連接引線絕緣恢復回裝。

在轉子作業完成后，用干燥清潔的0.2MPa?0.3MPa的壓縮空氣對磁極線圈端部及排風溝等進行吹掃，線圈端部要用干凈布徹底清掃抹去灰塵，尤其是近鐵芯齒部彎曲部分要抹干凈，在線圈上如有油污難以除去時可以用小竹條包卷布條蘸無水酒精或甲苯擦凈。

轉子漆層如嚴重脫落或線棒受油浸濁嚴重，應進行噴漆，噴一層9130環氧絕緣漆，不得過厚，否則會影響散熱。

轉子磁極改造后相關試驗，各項參數應合格，否則應查明原因進行處理。

3.2 改進后試驗

磁極接頭引線焊接后表面無孔洞，接觸電阻值不大于同截面長度導線的1.5倍，連接牢固，無熔化及過熱痕跡。線圈裝好后進行交流耐壓4.5kV，1min通過。轉子絕緣阻改進后有較大提高，整體及單個磁極交流阻抗均達規程要求，滿足發電機安全運行。

結語

電站發電機轉子引線連接經過設計優化，突破了傳統結構方式，使設備的運行與維護不再受限于氣候等干擾因素。此次創新改進，不僅保證了電站機組的安全穩定運行，同時為其他同型號水輪發電機絕緣系統的優化問題提供了成功解決的方案與寶貴經驗，可以在其他機組上進一步推廣應用。

參考文獻

[1]林家洋，林貴海.水輪發電機轉子平衡新技術[J].大電機技術，2004（2）：35-36.