交流勵磁機故障原因及處理

楊龍，于洪立

（攀鋼集團工程技術有限公司修建分公司，四川 攀枝花617000）

由于交流勵磁機不存在電流換向問題，其制造容量可提高，而且維護工作量小，因此在大容量透平發電機中普遍采用。交流勵磁機的穩定運行在勵磁系統和整個電網中，都占有非常重要的地位，一旦出現故障將對發電機和電網的正常運行帶來嚴重影響。西昌鋼釩公司能動中心TRT25000 kW同步發電機的130 kW交流勵磁機在運行中發生故障，發電機被迫下網檢修，通過對交流勵磁機故障原因進行分析并采取相應措施，成功修復了交流勵磁機。

1 交流勵磁機故障情況

對交流勵磁機進行分解，發現交流勵磁機的轉子繞組端部在運行中被大量甩斷、嚴重變形，轉子繞組需全部進行更換；同時定子繞組短路環、定子磁極繞組的局部嚴重受損，需要修復。交流勵磁機故障情況見圖1。

2 故障原因分析

（1）轉子并頭套的焊接采用的是搪錫工藝，由于焊錫的熔點（183℃）較低，該工藝焊接的并頭套耐熱能力較差，且焊接時由于溫度不好掌握，焊錫無法填滿整個并頭套的內部空間，造成并頭套與導線焊接不良、接觸電阻增大，在運行時溫度升高，將焊錫融化而甩出。

（2）轉子繞組兩端無緯帶的綁扎工藝不當，如綁扎拉力不夠、無緯帶固化時間有誤等，在運行中并頭套產生的高溫作用下，無緯帶斷裂、甩開。

（3）轉子繞組和并頭套表面集聚了較多的油污和粉塵，導致并頭套之間短路，最終造成轉子繞組在并頭套燒損后甩出。

（4）并頭套燒損脫落及無緯帶斷裂后，轉子繞組端部徑向甩開，脫落的并頭套和無緯帶在電機氣隙中隨轉子高速運轉，與定子磁極線圈和短路環發生摩擦，導致定子磁極線圈和短路環刮傷受損。

圖1 交流勵磁機故障情況

3 交流勵磁機修復

3.1 勵磁機轉子修復

3.1.1 轉子繞組設計制作

由于交流勵磁機的轉子繞組損傷嚴重，需全部進行更換，但已無法直接看出轉子繞組接線方式。因此，必須根據轉子繞組已知的部分參數，來核算出制作轉子繞組的相關參數，重新設計制作轉子繞組。轉子繞組已知的部分參數見表1。

表1 轉子繞組已知的部分參數

（1）轉子繞組并聯支路數確定

轉子繞組為Y形接法，則轉子繞組的相電流為370A；

線圈的導電面積為：2.80×7.10×4=79.52 mm2；

如果轉子繞組的并聯支路數為1，則轉子繞組的電流密度為：370/（79.52×1）=4.65 A/mm2；

如果轉子繞組的并聯支路數為2，則轉子繞組的電流密度為：370/（79.52×2）=2.33 A/mm2；

根據電樞繞組的電流密度設計規范一般為3～5.5 A/mm2，可以確認該電機的轉子電樞繞組并聯支路數為1。

（2）轉子繞組接線方式確定

為了確定轉子繞組接線方式，首先計算每極每相槽數q：

式中，Z為轉子槽數，54；p為極對數，2；m為相數，3。 則

由于此臺電機的轉子每極每相槽數為分數，即為分數槽繞組。

其次，根據相鄰兩槽導線電勢的電角度規律，確認轉子繞組的接線方式。轉子電樞繞組的接線簡化圖見圖2。

圖2 轉子電樞繞組接線簡化圖

（3）轉子繞組絕緣結構設計

由于轉子繞組線圈的絕緣結構材料無法判定，根據轉子繞組中通過的是100 Hz的中頻電流，并結合轉子的槽形尺寸，重新設計了轉子繞組絕緣結構，如圖3所示。轉子繞組絕緣結構的具體參數見表2。

圖3 轉子繞組絕緣結構圖

表2 轉子繞組絕緣結構參數

3.1.2 轉子并頭套焊接方式改進

為了避免轉子并頭套在高速運轉過程中產生高溫而開焊，在轉子并頭套的焊接方式上進行了改進，將原來的搪錫工藝改為焊接強度高、導電性好、間隙填充能力強的HL204銀焊條進行焊接。HL204銀焊條釬料的熔點高（640～815℃）、電導率（%LACS）為 10 S/m、抗拉強度為 530 MPa，這種焊接結構的機械強度和電氣性能均較高，適用于高速轉子繞組的焊接。

3.1.3 轉子繞組的綁扎工藝改進

交流勵磁機轉子線圈嵌裝、接線及試驗檢測完成合格后，將轉子吊放在車床上進行端部無緯帶的纏繞綁扎。無緯帶選用2844-W環氧樹脂浸漬高強度玻璃纖維網狀無緯綁扎帶，綁扎工藝參數見表3。在實際綁扎過程中，嚴格做到無緯帶綁扎后表面平整、光滑，不能高出鐵芯表面。

表3 無緯帶綁扎工藝參數

同時，為了避免勵磁機轉子同軸安裝的旋轉整流器因高溫而損壞，制作了專用的轉子線圈和無緯帶干燥固化裝置，如圖4所示。對勵磁機轉子線圈和無緯帶單獨進行干燥固化，固化過程的溫度按照 90℃下 2 h、110℃下 2 h、130℃下 24 h的標準進行控制，升溫時間不計算在內。

圖4 轉子線圈及無緯帶干燥固化裝置

3.1.4 轉子繞組并頭套防塵處理

為防止電機運行過程中在轉子繞組端部和并頭套表面集聚灰塵和油污而造成短路事故，在轉子并頭套焊接完成后，用復合箔對并頭套進行包裹，并在外面加套玻璃絲管，同時在并頭套之間用滌玻氈進行填充，消除并頭套之間的間隙，如圖5所示。修復后的勵磁機轉子如圖6所示。

圖5 轉子繞組并頭套防塵措施

圖6 修復后的勵磁機轉子

3.2 勵磁機定子修復

檢修發現勵磁機定子磁極繞組的表面有明顯的刮傷跡象，存在匝間短路的風險。為了節約成本同時保證檢修質量，采取了局部修復的方式，將有問題的導線挑出，并包扎亞胺薄膜，之后對磁極繞組進行浸漬處理。處理結束后，對磁極繞組進行匝間耐壓試驗。同時，為確保磁極繞組對地絕緣良好，對磁極繞組進行對地耐壓試驗。

定子磁極繞組額定電壓為122 V，四個磁極串聯接線，即每個磁極的額定電壓為30.5 V，匝間試驗電壓為額定電壓的10倍［1］。磁極繞組匝間試驗和對地耐壓試驗數據見表4。試驗結果表明，經處理后的定子磁極繞組質量達到標準要求。

表4 磁極繞組匝間試驗和對地耐壓試驗數據

同時，將損傷的定子磁極繞組短路環拆除，重新進行補焊、打磨處理，處理結束后，對其同心度進行檢測，結果顯示達到要求。

修復后的勵磁機定子如圖7所示。

圖7 修復后的勵磁機定子

4 修復后使用效果

交流勵磁機成功修復后，經檢測各項數據均處于正常水平，技術參數完全滿足主發電機勵磁的使用要求，于2014年上線后運行至今。修復后勵磁機額定數據和現場運行數據見表5。

表5 修復后勵磁機額定數據和現場運行數據

5 結語

西昌鋼釩公司能動中心發電機的交流勵磁機在運行中發生故障，下網檢修過程中觀察故障情況并分析原因，采取了勵磁機轉子繞組重新設計制作、改進轉子并頭套焊接方式、改進轉子繞組的綁扎工藝、轉子繞組并頭套防塵處理及勵磁機定子修復等措施，實現了交流勵磁機的成功修復，不僅為公司保產作出了貢獻，也為今后類似高速電機的修理及維修提供借鑒和指導，具有推廣意義。