水輪發(fā)電機(jī)磁極線(xiàn)圈匝間短路分析及處理

 1 概述
大唐石泉水力發(fā)電廠(chǎng)2#發(fā)電機(jī)是由東方電機(jī)廠(chǎng)制造的TS900/135—56型45MW三相56極同步發(fā)電機(jī)。機(jī)組投運(yùn)至今已30多年。2011年11月20日零點(diǎn)2號(hào)發(fā)電機(jī)組開(kāi)始常規(guī)大修，不吊轉(zhuǎn)子。2011年12月14日在測(cè)量2號(hào)發(fā)電機(jī)的工頻交流阻抗時(shí)發(fā)現(xiàn)：25#磁極線(xiàn)圈的交流阻抗值較其他大多數(shù)正常磁極線(xiàn)圈的平均交流阻抗值減小65%以上，相鄰磁極的交流阻抗值也下降20%左右，初步判斷25#磁極線(xiàn)圈有匝間短路的可能。
2#發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子交流阻抗數(shù)值12月14日與2003年3月4日大修測(cè)試數(shù)據(jù)比較見(jiàn)表1，其轉(zhuǎn)子交流阻抗分布曲線(xiàn)如圖1所示。
試驗(yàn)電流均為2A，均在阻抗內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。
轉(zhuǎn)子直流電阻2003年大修測(cè)量值為：0.16668Ω；
轉(zhuǎn)子直流電阻2011年大修測(cè)量值為：0.17Ω。
對(duì)25#磁極每匝電壓分布測(cè)量數(shù)值見(jiàn)表2（試驗(yàn)電流2A）；其匝間電壓分布曲線(xiàn)如圖2所示。
對(duì)25#磁極兩端施加10A電流，每匝電壓分布測(cè)量數(shù)值見(jiàn)表3。
27#磁極每匝電壓分布測(cè)量值見(jiàn)表4（試驗(yàn)電流2A）。
轉(zhuǎn)子繞組對(duì)地絕緣電阻測(cè)量值為200MΩ。25#、27#磁極的匝間電壓分布圖如圖3所示。
測(cè)量電壓儀器采用Protek506型萬(wàn)用表。
圖4為13#、24#、25#、26#、27#、39#、47#、54#磁極的匝間電壓分布對(duì)比。
上述測(cè)量數(shù)據(jù)分析表明，25#磁極與其他正常磁極的匝間電壓分布存在較大差別。從圖4中可看出，10匝以后出現(xiàn)了明顯的差異。
隨后對(duì)轉(zhuǎn)子所有磁極線(xiàn)圈進(jìn)行了整體清掃，又單獨(dú)對(duì)24#、25#、26#磁極線(xiàn)圈整體用面團(tuán)粘、90#汽油清洗，清掃后試驗(yàn)效果不明顯。
25#磁極21匝線(xiàn)圈電壓分布如圖5所示。
從圖5中可以看出，第18匝與19匝間電壓有顯著降低。故確定短路匝在本次大修中，應(yīng)在18匝與19匝間內(nèi)部。同時(shí)，為了能從根本上消除此缺陷，決定對(duì)2#發(fā)電機(jī)25#磁極線(xiàn)圈進(jìn)行更換。
2 發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)介
2.1 主要技術(shù)數(shù)據(jù) 發(fā)電機(jī)主要技術(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。
2.2 磁極線(xiàn)圈絕緣結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)圖6。
①線(xiàn)圈匝間采用0.1mm無(wú)堿玻璃纖維布，用熱壓方法粘合在一起。
②線(xiàn)圈對(duì)地絕緣用5mm環(huán)氧酚醛玻璃布板配合酚醛紙板絕緣，搭接處粘牢。
③線(xiàn)圈首末兩層均墊絕緣托板。
3 磁極線(xiàn)圈更換及其軟接頭焊接工藝
由于2#發(fā)電機(jī)25#磁極位于-Y方向的機(jī)架腿下，更換磁極線(xiàn)圈需轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子使25#磁極錯(cuò)開(kāi)機(jī)架腿位置，并拆除相應(yīng)位置的上機(jī)架蓋板、上下?lián)躏L(fēng)板及擋風(fēng)圈、上下風(fēng)扇及阻尼環(huán)。
3.1 拔磁極前準(zhǔn)備 準(zhǔn)備的材料有煤氣、煤氣噴頭、氧氣、乙炔、接頭整形專(zhuān)用工具、手套、石棉粉、石棉布、石棉板、白布、沙紙、丙酮、環(huán)氧樹(shù)脂、焊錫、松香、無(wú)堿玻璃纖維帶、長(zhǎng)螺絲刀、自制榔頭、2.5磅榔頭、150mm×50mm×50mm沿對(duì)角線(xiàn)鋸開(kāi)的木楔、150mm×40mm×30mm孔距115mm夾板等。
3.2 磁極吊出前的拆卸及線(xiàn)圈封堵
①拆卸相應(yīng)位置的上、下風(fēng)扇，阻尼環(huán)的軟連接頭。剝開(kāi)原接頭絕緣層，拆開(kāi)接頭，做好記號(hào)。
②嚴(yán)密封堵線(xiàn)圈防止焊錫掉進(jìn)：用環(huán)氧玻璃布板、毛氈浸環(huán)氧樹(shù)脂、石棉粉等材料封住接頭根部小縫，防止熔錫進(jìn)入線(xiàn)圈造成接地或絕緣下降。線(xiàn)圈封堵必須嚴(yán)密，所用石棉粉不宜太稀，防止線(xiàn)圈受潮。
③做好記號(hào)。用煤氣火焰燙開(kāi)磁極軟接頭，注意火焰和接頭的距離要適當(dāng)。
④把要吊出的磁極附近的定子線(xiàn)棒用石棉布、毛氈等蓋好。
⑤吊前將磁極線(xiàn)圈上下端部包上毛氈，起吊過(guò)程中嚴(yán)防碰撞定子。吊出后應(yīng)將磁極平放在枕木上。
3.3 拆線(xiàn)圈 用拆繞組的專(zhuān)用工具卡住磁極線(xiàn)圈，鐵心因自重與線(xiàn)圈脫開(kāi)。
3.4 更換合格的磁極線(xiàn)圈 更換時(shí)應(yīng)注意新、舊磁極線(xiàn)圈的左右繞向應(yīng)一致。檢查更換下來(lái)的25#舊磁極線(xiàn)圈，發(fā)現(xiàn)其18匝與19匝之間的匝間絕緣部分脫落，造成了18匝與19匝的匝間內(nèi)部短路，從而引起25#磁極線(xiàn)圈交流阻抗值的異常變化。也證實(shí)了試驗(yàn)的及時(shí)性，數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性與分析判斷的正確性。
3.5 磁極線(xiàn)圈與鐵心組裝
①清掃磁極鐵心和線(xiàn)圈，并用白布蘸上丙酮擦洗油垢。
②清掃完后再吊起磁極線(xiàn)圈，借繞組自重落下套入鐵心。
③打上原有楔子，打入時(shí)應(yīng)使兩邊間隙相等，最后用絕緣混合物將縫隙填充封閉。
④測(cè)量線(xiàn)圈對(duì)鐵心高度應(yīng)小于1mm。
⑤磁極檢修前、后應(yīng)進(jìn)行交流耐電壓試驗(yàn)。
3.6 磁極裝復(fù)步驟
①用吊車(chē)吊起磁極，使用（0.2～0.3）MPa清潔干燥的壓縮空氣進(jìn)行吹掃并全面檢查。
②磁極落入轉(zhuǎn)子T型槽時(shí)，防止磁極接頭碰壞。
③磁極掛裝時(shí)，在中心標(biāo)高允許的條件下，應(yīng)盡量照顧到相鄰兩磁極接頭的高低差。
一般接頭高、低錯(cuò)位不得大于接頭寬度的10%，超差時(shí)應(yīng)處理接頭。
④磁極全部吊進(jìn)后，用500V搖表測(cè)量絕緣電阻不應(yīng)小于0.5MΩ。
⑤打緊磁極鍵。
3.7 裝復(fù)磁極軟接頭
①磁極接頭由多層0.5mm厚的軟紫銅片組成。
②磁極掛裝完畢后，用酒精擦洗各軟紫銅片兩搭接面。
③搪錫：每片兩面用煤氣火焰燒烤，再用白布擦拭，使焊錫均勻附著，形成一光面。
④按圖樣形式及尺寸進(jìn)行接頭整形、交疊成形，修剪多余部分，用夾板定型。用無(wú)堿玻璃纖維帶緊緊纏繞接頭的兩邊，并留出焊接位置，以接觸電流密度計(jì)算接頭應(yīng)搭接面積，滿(mǎn)足不大于0.25A/mm2的需求。
⑤磁極接頭焊接可采用火焊法（分為煤氣火焰焊和碳阻焊兩種）。本次24#～25#、25#～26#磁極線(xiàn)圈接頭的焊接采用煤氣火焰焊接。
a）煤氣火焰焊
1）接頭整形完畢，用搪了錫的2.5mm2單股銅線(xiàn)纏繞接頭。根據(jù)接頭搭接長(zhǎng)度纏繞30圈以上，所纏銅線(xiàn)每圈都要纏緊且排列整齊，單股銅線(xiàn)接頭應(yīng)打在磁極接頭側(cè)面，如圖7所示。單股銅線(xiàn)纏繞接頭完畢后應(yīng)嚴(yán)密封堵接頭根部處縫隙，采用石棉泥、石棉布等做線(xiàn)圈防護(hù)，用石棉板做漏槽。
轉(zhuǎn)子磁極接頭用液化氣火焰焊接的注意事項(xiàng)：①首先把石棉布剪成磁極寬×磁極高的石棉布，再用石棉板裁成磁極寬×略比磁極高的石棉板，然后用石棉粉和石棉絨調(diào)水（干稀合適）嚴(yán)密封堵各縫隙，切記不能漏掉細(xì)小縫隙，而且能使所熔化的焊錫向下流，不積存；②所連接頭的接觸部位都要搪錫，且搪錫面均勻、光滑；③磁極接頭溫度適中時(shí)迅速給錫、浸透；④將液化氣噴頭火焰調(diào)小，把粗焊條熔化，并迅速用此焊錫條抹平接頭表面。
2）上述準(zhǔn)備工作妥當(dāng)后，在磁極接頭上涂刷松香水，用煤氣火焰焊接掛錫，用白布擦除接頭表面多余焊料。
3）所有接頭焊接后，應(yīng)仔細(xì)檢查各縫隙是否均已填滿(mǎn)焊料，不滿(mǎn)時(shí)需進(jìn)行補(bǔ)焊。
b）碳阻焊
1）先在接頭附近兩個(gè)磁極表面鋪上兩層石棉布保護(hù)層，以防焊錫流入磁極繞組層間及縫隙中，造成磁極層間短路或接地。
2）在磁極接頭上涂以松香水，并使松香水浸入接頭內(nèi)部。接頭兩側(cè)面貼薄銅板作保護(hù)層，銅板外夾以碳阻電焊鉗，通上直流電焊機(jī)的低壓大電流（電流可從150A～500A逐步升高），使碳極發(fā)熱加熱接頭。
3）磁極接頭加熱過(guò)程中，需適量地向接頭上分撒松香粉，待接頭加熱到能夠溶化錫鉛焊料時(shí)，即可將錫鉛焊料觸于接頭焊孔上，使焊料溶化流入接頭各片間隙縫中，直到接頭焊縫溶滿(mǎn)，再降低直流電流并切斷電源，讓接頭降溫焊錫凝固。但在降溫過(guò)程中，焊料不得離開(kāi)接頭焊孔，以便不斷補(bǔ)充接頭中流失之焊料，直至焊料不再流失和溶化時(shí)為止。
4）拆除碳阻焊鉗，取下保護(hù)銅板，用白布擦凈接頭外表焊瘤，使其光潔美觀。
3.8 試驗(yàn) 接頭焊接完畢后對(duì)新25#磁極線(xiàn)圈進(jìn)行試驗(yàn)，全部合格，具體數(shù)據(jù)如下：
①用回路電阻測(cè)試儀測(cè)量磁極接頭直流電阻：24#～25#為9μΩ；25#～26#為9μΩ（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定20μΩ以下為合格）；
②絕緣電阻：2011年12月26日、t=8℃、R絕=200MΩ；
③25#磁極線(xiàn)圈匝間交流電壓分布曲線(xiàn)與其他正常磁極線(xiàn)圈匝間交流電壓分布曲線(xiàn)比較基本一致，為一正常平滑的曲線(xiàn)如圖8所示。
④接頭焊接一次合格，按原接頭絕緣要求對(duì)接頭進(jìn)行包扎，即用0.1mm無(wú)堿玻璃纖維帶半疊包3層，最外層涂環(huán)氧絕緣清漆。絕緣包扎合格后安裝接頭拉桿。
3.9 裝復(fù)阻尼環(huán)軟接頭
①阻尼環(huán)接頭安裝，是在磁極安裝合格后進(jìn)行。
②檢查接頭螺絲鎖片是否需要更換。
③按照編號(hào)回裝接頭，擰緊螺絲并用0.5mm塞尺檢查，塞進(jìn)深度不大于5mm為宜。
④對(duì)鎖定墊片折角，折邊應(yīng)緊貼螺母?jìng)?cè)面，使之鎖定牢固。
3.10 轉(zhuǎn)子清掃檢查與新磁極線(xiàn)圈編號(hào)
①將轉(zhuǎn)子內(nèi)外灰塵、焊渣等清理干凈。
②檢查所有螺帽應(yīng)緊固、鎖片鎖好。
③對(duì)新磁極線(xiàn)圈編號(hào)為25#。
4 結(jié)束語(yǔ)
TS900/135-56型機(jī)組是1973年的產(chǎn)品，磁極接頭焊接首例采用煤氣噴頭火焰焊接，消除了施工中采用碳阻焊拉弧的危險(xiǎn)性。同時(shí)，縮短了焊接時(shí)間，操作簡(jiǎn)單、可靠，磁極接頭焊接一次合格。此種方法可推廣應(yīng)用到其他機(jī)組類(lèi)似故障處理。