某水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子極間連接燒毀問題分析與處理

王書楓，苗彩鳳，王艷武

(1．哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040；2．官地水力發(fā)電廠，四川成都 610000)

0 引言

某水輪發(fā)電機(jī)型號(hào)SF65-84/13470，額定功率65 MW，額定電壓13.8 kV，額定電流3 199.3 A，額定功率因素0.85，額定轉(zhuǎn)速62.5 r/min。

2018年3月23日，機(jī)組報(bào)警顯示轉(zhuǎn)動(dòng)部件一點(diǎn)接地，隨后機(jī)組退出運(yùn)行，進(jìn)行故障原因查找。測(cè)勵(lì)磁電纜絕緣，其絕緣電阻為0.5 MΩ；測(cè)轉(zhuǎn)子本體絕緣，其絕緣電阻為0 MΩ，初步分析判斷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子已接地。

3月24日，相關(guān)人員趕到現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行了檢查。拆除5#磁極附近的發(fā)電機(jī)蓋板及上檔風(fēng)板后，發(fā)現(xiàn)5#磁極上部旋轉(zhuǎn)擋風(fēng)板有明顯過熱痕跡如圖1，打開壓板后發(fā)現(xiàn)5#、6#磁極處轉(zhuǎn)子極間連接已燒毀，如圖2。5#、6#磁極本體受影響，有嚴(yán)重的燒焦痕跡，如圖3。

圖1 磁極上部旋轉(zhuǎn)擋風(fēng)板有明顯過熱痕跡

圖2 轉(zhuǎn)子極間連接燒毀

圖3 轉(zhuǎn)子磁極本體燒毀

1 問題分析

轉(zhuǎn)子極間連接采用U型連接片將轉(zhuǎn)子相鄰兩個(gè)磁極的磁極線圈連接在一起，用以形成通路，為機(jī)組提供旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。磁極線圈銅排側(cè)面引出與U型連接片連接，并用緊固件將兩部分牢牢把合成一體。連接件采用限位拉桿徑向拉緊，并固定在磁軛的鴿尾塊上。連接件和限位拉桿采用F級(jí)絕緣件可靠絕緣，極間連接結(jié)構(gòu)如圖4。

1.磁極線圈引出銅排;2.緊固件;3.U型連接片;4.絕緣件;5.限位拉桿;6.鴿尾塊;7.磁極線圈;8.磁軛圖4 轉(zhuǎn)子極間連接結(jié)構(gòu)

通過現(xiàn)場(chǎng)勘查和結(jié)構(gòu)分析，我們總結(jié)了以下幾方面原因：

(1)緊固件松動(dòng)

電氣連接事故的一個(gè)最常見的原因就是電氣虛接。元件之間虛接會(huì)導(dǎo)致接觸面接觸電密增大，并且產(chǎn)生放電，最終導(dǎo)致連接部位燒毀。磁極線圈引出銅排與U型連接片采用螺栓和螺母等緊固件連接，屬于帶電部件的電氣連接。緊固件一旦松動(dòng)，就會(huì)導(dǎo)致電氣虛連，最終過熱燒毀。

經(jīng)了解，由于轉(zhuǎn)子采用旋轉(zhuǎn)擋風(fēng)板結(jié)構(gòu)，極間連接部位在旋轉(zhuǎn)擋風(fēng)板下部，常規(guī)檢修時(shí)，電廠無法對(duì)緊固件進(jìn)行防松檢查，所以該原因不能排除。

(2)安裝缺陷

磁極線圈側(cè)向引出銅排由于制造偏差，可能與理論尺寸相差較大，這就導(dǎo)致了安裝時(shí)存在和U型連接片配合不好的問題。這時(shí)候，唯一的處理辦法只能是采用外力強(qiáng)行調(diào)整磁極線圈引出銅排，導(dǎo)致引出銅排產(chǎn)生內(nèi)部缺陷。長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，在離心力、振動(dòng)等運(yùn)行條件下，引起銅排疲勞斷裂，最終過熱燒毀。

經(jīng)了解，在安裝過程中，確實(shí)存在磁極線圈側(cè)向引出銅排制造偏差，而對(duì)磁極線圈引出銅排進(jìn)行外力調(diào)整的情況，所以該原因不能排除。

(3)結(jié)構(gòu)缺陷

在對(duì)其他轉(zhuǎn)子極間連接進(jìn)行檢查時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)了磁極線圈引出銅排連接部位存在拼接情況，如圖5。拼接位置采用鴿尾槽拼接結(jié)構(gòu)，并且我們檢查發(fā)現(xiàn)部分鴿尾槽已經(jīng)有裂紋缺陷。正常情況下，此鴿尾槽拼接處的焊接應(yīng)該采用銀焊，并且要焊滿，焊透。但鴿尾槽內(nèi)無法完全填充銀焊料，在焊接時(shí)很難保證焊滿，鴿尾槽焊接質(zhì)量難以保證，因而產(chǎn)生理論缺陷。由于此處受離心力、線圈熱膨脹力和額外機(jī)械把緊力的作用，機(jī)組反復(fù)啟停等原因?qū)е聝?nèi)部焊接缺陷擴(kuò)大，在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，最終疲勞斷裂虛連，最終燒毀。

圖5 磁極線圈引出銅排連接部位拼接

2 結(jié)論

以上問題分析中所闡述的緊固件松動(dòng)、安裝缺陷和拼接結(jié)構(gòu)缺陷都可能導(dǎo)致問題的發(fā)生。但通過檢查，我們發(fā)現(xiàn)部分磁極線圈引出銅排鴿尾槽拼接已經(jīng)有裂紋缺陷，所以我們認(rèn)為導(dǎo)致轉(zhuǎn)子極間連接燒毀的最可能原因是拼接結(jié)構(gòu)缺陷。

3 問題處理及建議

解決磁極線圈引出銅排鴿尾槽拼接問題是防止以后不再發(fā)生事故的關(guān)鍵。對(duì)引出銅排進(jìn)行整體更換處理，不允許存在拼接，可以解決拼接缺陷。具體實(shí)施可將磁極線圈從磁極鐵心上拆下，更換引出銅排。將拼接位置改到磁極線圈內(nèi)部，用絕緣托板壓緊，并采用直線對(duì)接銀焊，保證焊縫焊滿。這樣在安裝過程中，外力不會(huì)對(duì)焊口造成影響。

目前，已經(jīng)采用庫存磁極備品更換了燒毀的兩個(gè)磁極。安裝后的現(xiàn)場(chǎng),如圖6。

圖6 機(jī)組恢復(fù)后

為保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，建議進(jìn)行下面一些工作：

(1)全面排查轉(zhuǎn)子極間連接緊固件是否有松動(dòng)現(xiàn)象。可以定期對(duì)緊固件鎖片進(jìn)行檢查，看是否鎖定失效。采用力矩扳手檢查緊固件是否達(dá)到所需把緊力矩。

(2)對(duì)磁極線圈引出銅排彎折部位進(jìn)行PT探傷，保證沒有彎折缺陷。探傷標(biāo)準(zhǔn)按ASME第Ⅷ卷第一部分附錄8執(zhí)行。

(3)對(duì)有鴿尾槽拼接的磁極線圈引出銅排拼接位置進(jìn)行PT探傷檢查。如有缺陷需盡快展開處理工作，探傷標(biāo)準(zhǔn)按ASME第Ⅷ卷第一部分附錄8執(zhí)行。

4 結(jié)語

水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極及其極間連接是發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部件。其在運(yùn)行過程中受力較復(fù)雜，承受高轉(zhuǎn)速下的離心力、熱膨脹力、重力等。轉(zhuǎn)子部件一旦出現(xiàn)問題會(huì)導(dǎo)致機(jī)組掃膛、電氣燒毀等嚴(yán)重的安全事故。我們必須重視轉(zhuǎn)子的安全問題，制定詳細(xì)的檢修和排查計(jì)劃，做到有問題及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理，保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。