某抽水蓄能電站發電電動機磁極絕緣托板竄出問題分析與處理

虎 勇，王艷武 ，王書楓

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

0 引言

某抽水蓄能電站發電電動機發電工況額定功率為300 MW，額定轉速500 r/min。電廠在對發電電動機進行檢查時，發現在轉子磁極線圈和磁極鐵心間起絕緣隔離作用的絕緣托板有竄出現象，如圖1所示的極靴圓弧位置，沿極身直線段未發現竄出現象。該機組圓周共12個磁極，每個磁極都有該問題。

圖1 絕緣托板竄出照片

問題出現后，發生絕緣托板嚴重竄出的磁極已經從機組吊出，磁極線圈也已從磁極鐵心上拆除。從圖2可以清晰看出，位于圓弧位置的絕緣托板已經向外竄出一部分。如果趨勢繼續擴張，會導致絕緣托板斷裂，引發事故。

圖2 磁極線圈拆下后絕緣托板在磁極中的狀態照片

1 原因分析

1.1 結構介紹

如圖3與圖4所示，磁極絕緣托板設置在磁極線圈和磁極鐵心之間，起徑向絕緣隔離作用。

磁極絕緣托板未設計成整體結構，而是由四部分組成，分別為沿極身兩側軸向直線段絕緣托板和兩段位于磁極鐵心圓弧處的絕緣托板。其中直線段的絕緣托板為整板，而位于圓弧處的絕緣托板由于需要彎型，采用多片薄絕緣疊加而成。

1.磁極鐵心；2.磁極線圈；3.圓弧處絕緣托板；4.沿極身直線段絕緣托板

1.磁極鐵心；2.磁極線圈；3.圓弧處絕緣托板

1.2 問題分析

絕緣托板竄出現象反映絕緣托板受力情況。機組運行過程中，絕緣托板同時承受磁極線圈施加的徑向正應力、沿絕緣托板和磁極線圈接觸面的摩擦力。其中磁極線圈施加的徑向正應力源于線圈在機組旋轉時的離心力，沿接觸面的摩擦力源于機組啟動過程中磁極線圈帶勵磁發熱膨脹，使得磁極線圈和絕緣托板間相對滑動，從而產生滑動摩擦力。徑向正應力不會引起絕緣托板竄出，而摩擦力的方向與絕緣托板竄出的方向一致。

由故障情況可以看出，只有磁極鐵心圓弧處靠近磁極線圈的薄絕緣托板竄出，而沿極身軸向直線段絕緣托板未發生竄出現象。通過結構分析可以看出，直線段絕緣托板與磁極鐵心接觸位置設計有凹槽，該凹槽與磁極鐵心該位置的凸臺正好相配，當磁極線圈與絕緣托板產生滑動摩擦時，磁極鐵心上的凸臺限制了絕緣托板的移動，因此未發生竄出現象；而位于極靴圓弧處的絕緣托板為2 mm的薄板疊加而成，雖然采用了絕緣銷與磁極鐵心連接，但絕緣銷的尺寸僅為φ5 mm左右，并且設置數量少，當磁極線圈熱膨脹時，與絕緣托板產生滑動摩擦力。雖然一次摩擦受力不足以對絕緣銷產生破壞，但抽水蓄能機組的特點是頻繁啟停機，該機組平均一天要啟停機5次左右，在頻繁啟停機的過程中，磁極線圈會不斷地膨脹和恢復，經過一定次數的頻繁啟停機后，絕緣托板與磁極鐵心間的絕緣銷疲勞斷裂，導致絕緣托板竄出。根據現場解體磁極線圈后絕緣銷的斷裂也印證了上述結論。

2 問題處理

目前，臨時的處理方案是將絕緣托板已經嚴重竄出的磁極用備品磁極更換，其余絕緣托板竄出不嚴重的磁極將絕緣托板竄出部位采用外力壓回原位置。同時，需定期檢查絕緣托板，做到出現問題及時處理。

要從根本上解決該問題需要優化絕緣托板結構。絕緣托板直線段和圓弧段需設計成整體熱壓式結構，避免出現接縫。同時，在絕緣托板和磁極線圈的接觸面上設置聚四氟乙烯棉布滑移層，并與絕緣托板熱壓成一體。滑移層的作用是為了降低絕緣托板磨擦面的摩擦系數，從而降低磁極線圈熱膨脹時對絕緣托板的摩擦力。

3 結束語

轉子磁極是發電電動機的關鍵部件，作為轉子最外側的旋轉部件，一旦在旋轉過程中甩出零件，將造成嚴重的后果，可能發生定子短路、機械部件損傷等事故，因此應重視磁極結構的合理設計。該抽水蓄能電站發電電動機轉子磁極絕緣托板竄出問題的分析與解決方案，為今后發電電動機磁極的設計提供了寶貴的經驗，為蓄能機組安全穩定運行提供了更可靠的保證。