水輪發電機轉子磁極線圈開裂故障分析及處理

周清，周若愚

（中國水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710032）

水輪發電機轉子磁極線圈開裂故障分析及處理

周清，周若愚

（中國水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710032）

金沙江魯地拉水電站立式水輪機組在大修期間，發現6#機組磁極出現不同程度的磁極線圈開裂現象。通過現場檢查、數據測量，對事故原因進行了分析，并提出了相應的處理方案。

立式水輪機組；線圈開裂；故障原因；處理方案

1 立式水輪機組

魯地拉水電站安裝有6臺立軸、半傘式、三相、空冷式同步發電機，其額定容量為400MVA 、額定轉速為100r/min、定子額定電壓為18kV、轉子磁極個數為60個。

該機組發電工況轉向為俯視順時針方向，主要結構由定子、轉子、轉子上方的上導軸承、轉子下方的推力軸承、下導軸承、水導軸承以及輔助系統組成。其發電機轉子結構與常規發電機相似，由主軸、轉子支架、磁軛及磁極等組成；磁極是提供勵磁場的磁感應結構，常采用T尾進行固定；磁軛主要作用是構成磁路，其外緣加工有T尾，以固定磁極。

2 磁極線圈引線開裂現場情況

2016年汛后至2017年訊前魯地拉電站水輪機組檢修期間，發現6#機組磁極線圈引線存在不同程度開裂、接頭變形等現象，給機組安全穩定運行帶來了不確定性因素，為防止事故因素擴大，對相關開裂磁極進行了拆除處理?，F場測量、調查記錄如下。

（1）經現場檢查，6#機組共有60個磁極，其中有15個磁極存在引線匝間開裂現象，絕大部分磁極主要集中在上端引線側、引線處開裂，其中有一個磁極線圈在四個角部均存在開裂，另有兩個引線和定子側角部開裂，另其余磁極均是輕微開裂現象。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，經現在觀察及測量，有些明顯為環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）對現場進行了監測試驗，拆開極間連接時架設百分表監測引線位移情況，未發現有位移情況；同時把合螺栓取出情況也是非常輕松，沒有卡阻現象。

（4）出現引線開裂的磁極，均有不同程度的引線接頭低垂現象。

圖1 磁極線圈開裂現場示意圖

（5）在磁極拆除時磁極鍵連接較緊，磁極與磁軛間未發現明顯的間隙，可以確認磁極與磁軛連接比較緊固。

（6）轉子下端，磁極線圈非引線端未發現磁極匝間開裂現象。

3 故障原因探討

魯地拉電站機組運行以來，首次出現磁極引線開裂現象，事故原因存在較多不確定因素；結合該電站機組運行方式及運行頻度，導致磁極開裂現象的原因，分析主要如下。

（1）結合磁極內側引線低垂現象，經與廠家設計探討，分析主要是因為磁軛高度為正偏差，極間連接線在包完絕緣后厚度也比設計值偏厚，最終導致上層極間連接線與內側引線的高度差較大；兩者若要連接在一起，上層極間連接線必然需要向下傾斜，同時也需要引線隨著傾斜。因此，內側引線在安裝前需要調整，使引線與傾斜的極間連接線接觸面平行，因調整量較大，如果調整不當可能會造成引線開裂。

（2）根據引線孔螺紋痕跡，再結合磁極固定方式采用傳統的ALSTOM設計，主要依靠一對楔塊來楔緊磁極壓板固定磁極。機組正常運行時，磁極在巨大的徑向離心力作用下，與磁軛緊貼，不會產生松動，但在甩負荷、水泵斷電等過渡過程中，機組振動較大，不可避免會存在運行擺渡、軸向方向加速力，而磁極楔塊的結構設計使其自由度不能有效約束磁極在這兩個方向的運動，會導致磁極整體晃動，產生磁極線圈開裂因素。磁極壓緊示意圖，如圖2。

圖2 磁極固定局部示意圖

（3）根據磁極結構設計，可知發電機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固定，而這種固定方式屬于強度較弱的一種固定方式，只能防止磁極在運輸、吊裝等過程中線圈不松動。機組在正常運行時磁極線圈所受徑向離心力可傳遞到磁極前段極靴處，但在過渡中線圈其他方向受力就無法通過目前固定方式完全約束，會出現微小的往復運動，如松動、晃動，而磁極和線圈晃動會導致線圈與極間連接線相互拉扯，相互出現位移，最終導致磁極線圈開裂的現象。

4 故障處理方案

結合事故分析原因，雖然6#機組磁極引線開裂的現象，至今未發生任何事故，但長期運行，可能存在轉子回路匝間短路的危險因素，以及損壞其相關部件，嚴重時會導致發電機燒毀。針對磁極開裂現象，暫以個別案例進行處理，主要以磁極在安裝期間調整引線受外力引起因素為主。

根據現場實際情況制定以下兩種修復方案，方案一是通過對磁極引線開裂處進行清理、絕緣、夾緊修復，而方案二是作為方案一在執行過程中遇到必須脫級才能修復時的備案，以備現場修復使用。待修復處理完畢后，再按原圖紙及相關的技術要求重新安裝磁極，并按安裝程序進行相關的電氣試驗；機組投入運行后，再觀察、記錄相關運行參數，以利最終的分析判斷。詳細方案如下。

4.1 修復準備

（1）清點物料和工裝工具物料表。

（2）清理現場，保持干凈，隔絕污染源，如焊接粉塵源。

（3）測試磁極絕緣電阻、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），相對于磁極線圈對稱放置。

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

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

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

（5）溫室固化24小時。

（6）測試絕緣電阻，再將修完匝間開裂的磁極線圈放在一起，做阻抗實驗，并做好相關照片和記錄。實驗方法參考末段。

4.3 方案二

對于開裂情況較輕，以方案一進行處理，而那些開裂情況嚴重的進行脫極處理，并配合工裝夾具。

4.3.1 拆除玻璃纖維繩

將磁極穩定平放，鏨子或專用工具將玻璃纖維繩切斷，順序將其從溝槽中剔除。

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 標記和清理

標記：拿開上托板并在上托板上做標記，清理后待用。

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

4.3.4 修理匝間開裂

待脫極完成后，參照方案一步驟進行后續處理。

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，補絕緣漆。

（2）測試匝間阻抗，并記錄。

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

（4）空套磁極，監測絕緣電阻，記錄數據。

（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。

（6）復測絕緣電阻。

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

（8）絕緣膠固化后磁極進行清理，補9130漆。

（9）補漆完成24小時后，可以做絕緣電阻、阻抗實驗、對地耐壓實驗，其中阻抗實驗要求在環境溫度比較穩定的時候在同一時間內完成。

阻抗實驗要求通電20A，50HZ或6HZ，各磁極間阻抗值差異要求小于10%；絕緣電阻實驗2500V絕緣電阻表，測量1分鐘，最小阻值須達到126兆歐；對地耐壓試驗通AC3960V,50HZ或60HZ，1分鐘，無擊穿現象。

5 結語

磁極開裂現象通過運用該技術進行了現場處理，并按照機組大修后試驗項目進行了相關機組轉子試驗。機組調試時，通過機組動平衡試驗、甩負荷試驗及機組水泵工況斷電試驗，現場均未發現異?，F象，并在機組投入并網發電運行后，也未出現運行參數報警，運行穩定。通過此次對磁極開裂現象的事故分析以及詳細的解決方案，可對今后低轉速機組出現類似情況提供設計、維護的參考。

[1]張征平，劉石．大型發電機轉子故障分析與診斷[M]．中國電力出版社，2011（12）．

TM312.033

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1671-0711（2017）08（下）-0048-03