水轮发电机转子磁极线圈开裂故障分析及处理

周清，周若愚

（中国水利水电第三工程局有限公司，陕西 西安 710032）

水轮发电机转子磁极线圈开裂故障分析及处理

周清，周若愚

（中国水利水电第三工程局有限公司，陕西 西安 710032）

金沙江鲁地拉水电站立式水轮机组在大修期间，发现6#机组磁极出现不同程度的磁极线圈开裂现象。通过现场检查、数据测量，对事故原因进行了分析，并提出了相应的处理方案。

立式水轮机组；线圈开裂；故障原因；处理方案

1 立式水轮机组

鲁地拉水电站安装有6台立轴、半伞式、三相、空冷式同步发电机，其额定容量为400MVA 、额定转速为100r/min、定子额定电压为18kV、转子磁极个数为60个。

该机组发电工况转向为俯视顺时针方向，主要结构由定子、转子、转子上方的上导轴承、转子下方的推力轴承、下导轴承、水导轴承以及辅助系统组成。其发电机转子结构与常规发电机相似，由主轴、转子支架、磁轭及磁极等组成；磁极是提供励磁场的磁感应结构，常采用T尾进行固定；磁轭主要作用是构成磁路，其外缘加工有T尾，以固定磁极。

2 磁极线圈引线开裂现场情况

2016年汛后至2017年讯前鲁地拉电站水轮机组检修期间，发现6#机组磁极线圈引线存在不同程度开裂、接头变形等现象，给机组安全稳定运行带来了不确定性因素，为防止事故因素扩大，对相关开裂磁极进行了拆除处理。现场测量、调查记录如下。

（1）经现场检查，6#机组共有60个磁极，其中有15个磁极存在引线匝间开裂现象，绝大部分磁极主要集中在上端引线侧、引线处开裂，其中有一个磁极线圈在四个角部均存在开裂，另有两个引线和定子侧角部开裂，另其余磁极均是轻微开裂现象。如图1所示。

（2）磁极连接线与磁极线圈引线的把合孔存在螺纹挤压痕迹，经现在观察及测量，有些明显为环氧胶渗入所致的痕迹，也有部分为螺栓与铜排孔挤压痕迹。

（3）对现场进行了监测试验，拆开极间连接时架设百分表监测引线位移情况，未发现有位移情况；同时把合螺栓取出情况也是非常轻松，没有卡阻现象。

（4）出现引线开裂的磁极，均有不同程度的引线接头低垂现象。

图1 磁极线圈开裂现场示意图

（5）在磁极拆除时磁极键连接较紧，磁极与磁轭间未发现明显的间隙，可以确认磁极与磁轭连接比较紧固。

（6）转子下端，磁极线圈非引线端未发现磁极匝间开裂现象。

3 故障原因探讨

鲁地拉电站机组运行以来，首次出现磁极引线开裂现象，事故原因存在较多不确定因素；结合该电站机组运行方式及运行频度，导致磁极开裂现象的原因，分析主要如下。

（1）结合磁极内侧引线低垂现象，经与厂家设计探讨，分析主要是因为磁轭高度为正偏差，极间连接线在包完绝缘后厚度也比设计值偏厚，最终导致上层极间连接线与内侧引线的高度差较大；两者若要连接在一起，上层极间连接线必然需要向下倾斜，同时也需要引线随着倾斜。因此，内侧引线在安装前需要调整，使引线与倾斜的极间连接线接触面平行，因调整量较大，如果调整不当可能会造成引线开裂。

（2）根据引线孔螺纹痕迹，再结合磁极固定方式采用传统的ALSTOM设计，主要依靠一对楔块来楔紧磁极压板固定磁极。机组正常运行时，磁极在巨大的径向离心力作用下，与磁轭紧贴，不会产生松动，但在甩负荷、水泵断电等过渡过程中，机组振动较大，不可避免会存在运行摆渡、轴向方向加速力，而磁极楔块的结构设计使其自由度不能有效约束磁极在这两个方向的运动，会导致磁极整体晃动，产生磁极线圈开裂因素。磁极压紧示意图，如图2。

图2 磁极固定局部示意图

（3）根据磁极结构设计，可知发电机磁极线圈套入磁极铁心后，仅仅依靠在线圈和铁心间塞紧绝缘板和在末端缠绕φ20玻璃纤维绳的方式来固定，而这种固定方式属于强度较弱的一种固定方式，只能防止磁极在运输、吊装等过程中线圈不松动。机组在正常运行时磁极线圈所受径向离心力可传递到磁极前段极靴处，但在过渡中线圈其他方向受力就无法通过目前固定方式完全约束，会出现微小的往复运动，如松动、晃动，而磁极和线圈晃动会导致线圈与极间连接线相互拉扯，相互出现位移，最终导致磁极线圈开裂的现象。

4 故障处理方案

结合事故分析原因，虽然6#机组磁极引线开裂的现象，至今未发生任何事故，但长期运行，可能存在转子回路匝间短路的危险因素，以及损坏其相关部件，严重时会导致发电机烧毁。针对磁极开裂现象，暂以个别案例进行处理，主要以磁极在安装期间调整引线受外力引起因素为主。

根据现场实际情况制定以下两种修复方案，方案一是通过对磁极引线开裂处进行清理、绝缘、夹紧修复，而方案二是作为方案一在执行过程中遇到必须脱级才能修复时的备案，以备现场修复使用。待修复处理完毕后，再按原图纸及相关的技术要求重新安装磁极，并按安装程序进行相关的电气试验；机组投入运行后，再观察、记录相关运行参数，以利最终的分析判断。详细方案如下。

4.1 修复准备

（1）清点物料和工装工具物料表。

（2）清理现场，保持干净，隔绝污染源，如焊接粉尘源。

（3）测试磁极绝缘电阻、阻抗。

4.2 方案一

（1）垫好支撑（两层方钢管横竖垂直交叉放置），相对于磁极线圈对称放置。

（2）将线圈匝间用压力气源等清理干净，其中对于开裂较小的缝隙，用压力气源吹净；对于开裂间隙较大的缝隙，将原有NOMEX纸尽量去除，然后再用压力气源吹净。

（3）配EP139胶，对0．18的NOMEX纸刷胶，然后对于开裂较小的缝隙，用0．18的NOMEX纸将胶带入缝隙填充开裂缝隙；对于开裂间隙较大的缝隙，将双面刷0．18的NOMEX纸塞入开裂缝隙，两层。

（4）在线圈铜排表面垫一层厚布，然后垫好硬质木块，再用大力卡兰夹紧，目视缝隙缩小至0并排胶，即停止加力，注意对称分布施力。

（5）温室固化24小时。

（6）测试绝缘电阻，再将修完匝间开裂的磁极线圈放在一起，做阻抗实验，并做好相关照片和记录。实验方法参考末段。

4.3 方案二

对于开裂情况较轻，以方案一进行处理，而那些开裂情况严重的进行脱极处理，并配合工装夹具。

4.3.1 拆除玻璃纤维绳

将磁极稳定平放，錾子或专用工具将玻璃纤维绳切断，顺序将其从沟槽中剔除。

4.3.2 脱极

做好支撑定位，使用脱极工装，将磁极铁芯从磁极线圈中顶出，任何人决不允许在千斤顶顶出施力方向以避免造成伤害。

将两根吊带放置在线圈的两端，将磁极慢慢吊起，注意高度，将磁极线圈与磁极铁芯完全脱离。

4.3.3 标记和清理

标记：拿开上托板并在上托板上做标记，清理后待用。

清理：清理线圈和铁芯上的适型粘、NOMEX纸、玻璃胶，必要时重新补9130漆。

4.3.4 修理匝间开裂

待脱极完成后，参照方案一步骤进行后续处理。

4.3.5 重新装配

（1）清理线圈和铁芯，防止任何异物、毛刺的存在，补绝缘漆。

（2）测试匝间阻抗，并记录。

（3）围磁极极身绝缘，0．25X210 NOMEX纸、无胶纸+0．25xNOMEX 无胶纸（L型）。

（4）空套磁极，监测绝缘电阻，记录数据。

（5）浸渍涤纶毡，裹包塞板，按图纸位置塞入极身，常温固化24小时。

（6）复测绝缘电阻。

（7）绝缘电阻合格后，进行涤纶玻璃纤维绳浸渍，然后封绳（将胶AY103和HY956充分混合后，用手反复揉搓，让胶安全浸入绳中）。

（8）绝缘胶固化后磁极进行清理，补9130漆。

（9）补漆完成24小时后，可以做绝缘电阻、阻抗实验、对地耐压实验，其中阻抗实验要求在环境温度比较稳定的时候在同一时间内完成。

阻抗实验要求通电20A，50HZ或6HZ，各磁极间阻抗值差异要求小于10%；绝缘电阻实验2500V绝缘电阻表，测量1分钟，最小阻值须达到126兆欧；对地耐压试验通AC3960V,50HZ或60HZ，1分钟，无击穿现象。

5 结语

磁极开裂现象通过运用该技术进行了现场处理，并按照机组大修后试验项目进行了相关机组转子试验。机组调试时，通过机组动平衡试验、甩负荷试验及机组水泵工况断电试验，现场均未发现异常现象，并在机组投入并网发电运行后，也未出现运行参数报警，运行稳定。通过此次对磁极开裂现象的事故分析以及详细的解决方案，可对今后低转速机组出现类似情况提供设计、维护的参考。

[1]张征平，刘石．大型发电机转子故障分析与诊断[M]．中国电力出版社，2011（12）．

TM312.033

A

1671-0711（2017）08（下）-0048-03