水輪發(fā)電機磁極線圈匝間短路分析及處理

 1 概述
大唐石泉水力發(fā)電廠2#發(fā)電機是由東方電機廠制造的TS900/135—56型45MW三相56極同步發(fā)電機。機組投運至今已30多年。2011年11月20日零點2號發(fā)電機組開始常規(guī)大修，不吊轉(zhuǎn)子。2011年12月14日在測量2號發(fā)電機的工頻交流阻抗時發(fā)現(xiàn)：25#磁極線圈的交流阻抗值較其他大多數(shù)正常磁極線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#磁極線圈有匝間短路的可能。
2#發(fā)電機轉(zhuǎn)子交流阻抗數(shù)值12月14日與2003年3月4日大修測試數(shù)據(jù)比較見表1，其轉(zhuǎn)子交流阻抗分布曲線如圖1所示。
試驗電流均為2A，均在阻抗內(nèi)進行測量。
轉(zhuǎn)子直流電阻2003年大修測量值為：0.16668Ω；
轉(zhuǎn)子直流電阻2011年大修測量值為：0.17Ω。
對25#磁極每匝電壓分布測量數(shù)值見表2（試驗電流2A）；其匝間電壓分布曲線如圖2所示。
對25#磁極兩端施加10A電流，每匝電壓分布測量數(shù)值見表3。
27#磁極每匝電壓分布測量值見表4（試驗電流2A）。
轉(zhuǎn)子繞組對地絕緣電阻測量值為200MΩ。25#、27#磁極的匝間電壓分布圖如圖3所示。
測量電壓儀器采用Protek506型萬用表。
圖4為13#、24#、25#、26#、27#、39#、47#、54#磁極的匝間電壓分布對比。
上述測量數(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。
隨后對轉(zhuǎn)子所有磁極線圈進行了整體清掃，又單獨對24#、25#、26#磁極線圈整體用面團粘、90#汽油清洗，清掃后試驗效果不明顯。
25#磁極21匝線圈電壓分布如圖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，為了能從根本上消除此缺陷，決定對2#發(fā)電機25#磁極線圈進行更換。
2 發(fā)電機簡介
2.1 主要技術(shù)數(shù)據(jù) 發(fā)電機主要技術(shù)數(shù)據(jù)見表5。
2.2 磁極線圈絕緣結(jié)構(gòu)詳見圖6。
①線圈匝間采用0.1mm無堿玻璃纖維布，用熱壓方法粘合在一起。
②線圈對地絕緣用5mm環(huán)氧酚醛玻璃布板配合酚醛紙板絕緣，搭接處粘牢。
③線圈首末兩層均墊絕緣托板。
3 磁極線圈更換及其軟接頭焊接工藝
由于2#發(fā)電機25#磁極位于-Y方向的機架腿下，更換磁極線圈需轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子使25#磁極錯開機架腿位置，并拆除相應(yīng)位置的上機架蓋板、上下?lián)躏L(fēng)板及擋風(fēng)圈、上下風(fēng)扇及阻尼環(huán)。
3.1 拔磁極前準備 準備的材料有煤氣、煤氣噴頭、氧氣、乙炔、接頭整形專用工具、手套、石棉粉、石棉布、石棉板、白布、沙紙、丙酮、環(huán)氧樹脂、焊錫、松香、無堿玻璃纖維帶、長螺絲刀、自制榔頭、2.5磅榔頭、150mm×50mm×50mm沿對角線鋸開的木楔、150mm×40mm×30mm孔距115mm夾板等。
3.2 磁極吊出前的拆卸及線圈封堵
①拆卸相應(yīng)位置的上、下風(fēng)扇，阻尼環(huán)的軟連接頭。剝開原接頭絕緣層，拆開接頭，做好記號。
②嚴密封堵線圈防止焊錫掉進：用環(huán)氧玻璃布板、毛氈浸環(huán)氧樹脂、石棉粉等材料封住接頭根部小縫，防止熔錫進入線圈造成接地或絕緣下降。線圈封堵必須嚴密，所用石棉粉不宜太稀，防止線圈受潮。
③做好記號。用煤氣火焰燙開磁極軟接頭，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棒用石棉布、毛氈等蓋好。
⑤吊前將磁極線圈上下端部包上毛氈，起吊過程中嚴防碰撞定子。吊出后應(yīng)將磁極平放在枕木上。
3.3 拆線圈 用拆繞組的專用工具卡住磁極線圈，鐵心因自重與線圈脫開。
3.4 更換合格的磁極線圈 更換時應(yīng)注意新、舊磁極線圈的左右繞向應(yīng)一致。檢查更換下來的25#舊磁極線圈，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#磁極線圈交流阻抗值的異常變化。也證實了試驗的及時性，數(shù)據(jù)測量的準確性與分析判斷的正確性。
3.5 磁極線圈與鐵心組裝
①清掃磁極鐵心和線圈，并用白布蘸上丙酮擦洗油垢。
②清掃完后再吊起磁極線圈，借繞組自重落下套入鐵心。
③打上原有楔子，打入時應(yīng)使兩邊間隙相等，最后用絕緣混合物將縫隙填充封閉。
④測量線圈對鐵心高度應(yīng)小于1mm。
⑤磁極檢修前、后應(yīng)進行交流耐電壓試驗。
3.6 磁極裝復(fù)步驟
①用吊車吊起磁極，使用（0.2～0.3）MPa清潔干燥的壓縮空氣進行吹掃并全面檢查。
②磁極落入轉(zhuǎn)子T型槽時，防止磁極接頭碰壞。
③磁極掛裝時，在中心標高允許的條件下，應(yīng)盡量照顧到相鄰兩磁極接頭的高低差。
一般接頭高、低錯位不得大于接頭寬度的10%，超差時應(yīng)處理接頭。
④磁極全部吊進后，用500V搖表測量絕緣電阻不應(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行接頭整形、交疊成形，修剪多余部分，用夾板定型。用無堿玻璃纖維帶緊緊纏繞接頭的兩邊，并留出焊接位置，以接觸電流密度計算接頭應(yīng)搭接面積，滿足不大于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單股銅線纏繞接頭。根據(jù)接頭搭接長度纏繞30圈以上，所纏銅線每圈都要纏緊且排列整齊，單股銅線接頭應(yīng)打在磁極接頭側(cè)面，如圖7所示。單股銅線纏繞接頭完畢后應(yīng)嚴密封堵接頭根部處縫隙，采用石棉泥、石棉布等做線圈防護，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：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）嚴密封堵各縫隙，切記不能漏掉細小縫隙，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)仔細檢查各縫隙是否均已填滿焊料，不滿時需進行補焊。
b）碳阻焊
1）先在接頭附近兩個磁極表面鋪上兩層石棉布保護層，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)面貼薄銅板作保護層，銅板外夾以碳阻電焊鉗，通上直流電焊機的低壓大電流（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，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，再降低直流電流并切斷電源，讓接頭降溫焊錫凝固。但在降溫過程中，焊料不得離開接頭焊孔，以便不斷補充接頭中流失之焊料，直至焊料不再流失和溶化時為止。
4）拆除碳阻焊鉗，取下保護銅板，用白布擦凈接頭外表焊瘤，使其光潔美觀。
3.8 試驗 接頭焊接完畢后對新25#磁極線圈進行試驗，全部合格，具體數(shù)據(jù)如下：
①用回路電阻測試儀測量磁極接頭直流電阻：24#～25#為9μΩ；25#～26#為9μΩ（國家標準規(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#磁極線圈匝間交流電壓分布曲線與其他正常磁極線圈匝間交流電壓分布曲線比較基本一致，為一正常平滑的曲線如圖8所示。
④接頭焊接一次合格，按原接頭絕緣要求對接頭進行包扎，即用0.1mm無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行。
②檢查接頭螺絲鎖片是否需要更換。
③按照編號回裝接頭，擰緊螺絲并用0.5mm塞尺檢查，塞進深度不大于5mm為宜。
④對鎖定墊片折角，折邊應(yīng)緊貼螺母側(cè)面，使之鎖定牢固。
3.10 轉(zhuǎn)子清掃檢查與新磁極線圈編號
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對新磁極線圈編號為25#。
4 結(jié)束語
TS900/135-56型機組是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性。同時，縮短了焊接時間，操作簡單、可靠，磁極接頭焊接一次合格。此種方法可推廣應(yīng)用到其他機組類似故障處理。