某水轮发电机转子极间连接烧毁问题分析与处理

王书枫，苗彩凤，王艳武

(1．哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150040；2．官地水力发电厂，四川成都 610000)

0 引言

某水轮发电机型号SF65-84/13470，额定功率65 MW，额定电压13.8 kV，额定电流3 199.3 A，额定功率因素0.85，额定转速62.5 r/min。

2018年3月23日，机组报警显示转动部件一点接地，随后机组退出运行，进行故障原因查找。测励磁电缆绝缘，其绝缘电阻为0.5 MΩ；测转子本体绝缘，其绝缘电阻为0 MΩ，初步分析判断发电机转子已接地。

3月24日，相关人员赶到现场，对发电机转子进行了检查。拆除5#磁极附近的发电机盖板及上档风板后，发现5#磁极上部旋转挡风板有明显过热痕迹如图1，打开压板后发现5#、6#磁极处转子极间连接已烧毁，如图2。5#、6#磁极本体受影响，有严重的烧焦痕迹，如图3。

图1 磁极上部旋转挡风板有明显过热痕迹

图2 转子极间连接烧毁

图3 转子磁极本体烧毁

1 问题分析

转子极间连接采用U型连接片将转子相邻两个磁极的磁极线圈连接在一起，用以形成通路，为机组提供旋转磁场。磁极线圈铜排侧面引出与U型连接片连接，并用紧固件将两部分牢牢把合成一体。连接件采用限位拉杆径向拉紧，并固定在磁轭的鸽尾块上。连接件和限位拉杆采用F级绝缘件可靠绝缘，极间连接结构如图4。

1.磁极线圈引出铜排;2.紧固件;3.U型连接片;4.绝缘件;5.限位拉杆;6.鸽尾块;7.磁极线圈;8.磁轭图4 转子极间连接结构

通过现场勘查和结构分析，我们总结了以下几方面原因：

(1)紧固件松动

电气连接事故的一个最常见的原因就是电气虚接。元件之间虚接会导致接触面接触电密增大，并且产生放电，最终导致连接部位烧毁。磁极线圈引出铜排与U型连接片采用螺栓和螺母等紧固件连接，属于带电部件的电气连接。紧固件一旦松动，就会导致电气虚连，最终过热烧毁。

经了解，由于转子采用旋转挡风板结构，极间连接部位在旋转挡风板下部，常规检修时，电厂无法对紧固件进行防松检查，所以该原因不能排除。

(2)安装缺陷

磁极线圈侧向引出铜排由于制造偏差，可能与理论尺寸相差较大，这就导致了安装时存在和U型连接片配合不好的问题。这时候，唯一的处理办法只能是采用外力强行调整磁极线圈引出铜排，导致引出铜排产生内部缺陷。长期运行过程中，在离心力、振动等运行条件下，引起铜排疲劳断裂，最终过热烧毁。

经了解，在安装过程中，确实存在磁极线圈侧向引出铜排制造偏差，而对磁极线圈引出铜排进行外力调整的情况，所以该原因不能排除。

(3)结构缺陷

在对其他转子极间连接进行检查时，我们发现了磁极线圈引出铜排连接部位存在拼接情况，如图5。拼接位置采用鸽尾槽拼接结构，并且我们检查发现部分鸽尾槽已经有裂纹缺陷。正常情况下，此鸽尾槽拼接处的焊接应该采用银焊，并且要焊满，焊透。但鸽尾槽内无法完全填充银焊料，在焊接时很难保证焊满，鸽尾槽焊接质量难以保证，因而产生理论缺陷。由于此处受离心力、线圈热膨胀力和额外机械把紧力的作用，机组反复启停等原因导致内部焊接缺陷扩大，在长期运行过程中，最终疲劳断裂虚连，最终烧毁。

图5 磁极线圈引出铜排连接部位拼接

2 结论

以上问题分析中所阐述的紧固件松动、安装缺陷和拼接结构缺陷都可能导致问题的发生。但通过检查，我们发现部分磁极线圈引出铜排鸽尾槽拼接已经有裂纹缺陷，所以我们认为导致转子极间连接烧毁的最可能原因是拼接结构缺陷。

3 问题处理及建议

解决磁极线圈引出铜排鸽尾槽拼接问题是防止以后不再发生事故的关键。对引出铜排进行整体更换处理，不允许存在拼接，可以解决拼接缺陷。具体实施可将磁极线圈从磁极铁心上拆下，更换引出铜排。将拼接位置改到磁极线圈内部，用绝缘托板压紧，并采用直线对接银焊，保证焊缝焊满。这样在安装过程中，外力不会对焊口造成影响。

目前，已经采用库存磁极备品更换了烧毁的两个磁极。安装后的现场,如图6。

图6 机组恢复后

为保证机组安全稳定运行，建议进行下面一些工作：

(1)全面排查转子极间连接紧固件是否有松动现象。可以定期对紧固件锁片进行检查，看是否锁定失效。采用力矩扳手检查紧固件是否达到所需把紧力矩。

(2)对磁极线圈引出铜排弯折部位进行PT探伤，保证没有弯折缺陷。探伤标准按ASME第Ⅷ卷第一部分附录8执行。

(3)对有鸽尾槽拼接的磁极线圈引出铜排拼接位置进行PT探伤检查。如有缺陷需尽快展开处理工作，探伤标准按ASME第Ⅷ卷第一部分附录8执行。

4 结语

水轮发电机转子磁极及其极间连接是发电机结构的关键部件。其在运行过程中受力较复杂，承受高转速下的离心力、热膨胀力、重力等。转子部件一旦出现问题会导致机组扫膛、电气烧毁等严重的安全事故。我们必须重视转子的安全问题，制定详细的检修和排查计划，做到有问题及时发现、及时处理，保证机组的安全稳定运行。