大型磁極線圈匝間絕緣不良的分析及預(yù)防措施

苗帥玉

(浙江富春江水電設(shè)備股份有限公司，浙江 杭州 311504)

0 引言

電機(jī)是水輪發(fā)電機(jī)組的心臟。磁極線圈作為發(fā)電機(jī)的重要組成部分，其匝間絕緣不良會(huì)造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁通不對(duì)稱和磁力不平衡，引起機(jī)組劇烈振動(dòng)，直接影響發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[1]。伊朗Siah Bishe水輪發(fā)電機(jī)屬于大容量抽水蓄能機(jī)組，單機(jī)容量300 MW，轉(zhuǎn)速500 r/min，磁極每臺(tái)機(jī)12只，采用F級(jí)絕緣。磁極線圈由銅排焊接而成，銅排厚度7.6 mm，磁極線圈外形尺寸為3300 mm×926 mm×273.8 mm，有效匝數(shù)34匝。匝間絕緣由2層0.145 mm NOMEX紙組成。線圈尺寸大，匝數(shù)多，轉(zhuǎn)速高，匝間絕緣的可靠性顯得尤為關(guān)鍵。磁極線圈熱壓完成后，利用交流阻抗、沖擊電壓檢測(cè)磁極線圈匝間絕緣狀況。

1 匝間絕緣檢測(cè)

磁極線圈利用模芯熱壓完成后，單獨(dú)線圈采用交流阻抗測(cè)量匝間絕緣狀況，測(cè)量結(jié)果無(wú)明顯異常，合格。然后采用D12R匝間沖擊試驗(yàn)儀做2400V匝間沖擊試驗(yàn)。結(jié)果有4只線圈(1－S2、1－N3、1－N5、1－N11)波形不良。初步判斷為匝間短路。針對(duì)這4只線圈，再次用交流阻抗方法逐匝測(cè)量，無(wú)明顯異常。為確保測(cè)量結(jié)果的正確性，之后再次對(duì)這4只磁極線圈做匝間沖擊試驗(yàn)，波形明顯不良，確認(rèn)存在匝間短路現(xiàn)象。同時(shí)從中也可以看出沖擊試驗(yàn)比交流阻抗測(cè)量匝間更加有效[2]。

2 原因分析

隨后對(duì)匝間沖擊不良線圈從兩側(cè)逐匝解體，并做匝間沖擊試驗(yàn)，直到波形正常，結(jié)果如下。

1)1－S2、1－N11隨著解體匝數(shù)的增多，波形逐漸趨于正常。匝間沖擊試驗(yàn)波形見(jiàn)圖1。

圖1 匝間沖擊試驗(yàn)波形

分析主要是銅排加工(焊接面除外)后沒(méi)有倒角及匝間絕緣層在作業(yè)過(guò)程中存在一定的移位，造成相鄰兩匝銅排之間部分位置沒(méi)有絕緣層，在沖擊電壓作用下相互感應(yīng)造成波形不良。

2)1－N3、1－N5解體到某一匝時(shí)，波形趨于正常，在不良位置發(fā)現(xiàn)微小黑色導(dǎo)電異物。不良匝波形見(jiàn)圖2。

圖2 不良匝波形

分析主要是在層間絕緣保存、粘結(jié)或線圈起吊翻身等一系列生產(chǎn)過(guò)程中，微小導(dǎo)電異物落入層間絕緣層內(nèi)，在沖擊電壓下?lián)舸┰斐刹ㄐ尾涣肌?/p>

3 預(yù)防措施

對(duì)于磁極線圈匝間短路的預(yù)防，主要是在生產(chǎn)過(guò)程中精化作業(yè)過(guò)程，按照生產(chǎn)流程形成具體的作業(yè)規(guī)范，嚴(yán)格執(zhí)行。以下將對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行說(shuō)明，對(duì)過(guò)程控制要點(diǎn)進(jìn)行著重論述。

1)磁極銅排加工

磁極銅排來(lái)料后，按照規(guī)格進(jìn)行分類加工。除焊接面除外，其它加工部位必須進(jìn)行倒角處理，一般倒角R0.5～R1。如有銀銅排，必要的時(shí)候還應(yīng)進(jìn)行超聲探傷，以確認(rèn)銀銅排是否存在起皮及分層現(xiàn)象，避免銅排熱壓過(guò)程中有翹起。

2)層間絕緣材料的保管

層間絕緣使用前，應(yīng)在干燥、溫濕度可控的環(huán)境中密封保存，避免粉塵落入。

3)層間絕緣剪裁

剪裁設(shè)備應(yīng)放置于防塵的環(huán)境內(nèi)，剪裁前應(yīng)對(duì)刀片等部位擦拭干凈，避免刀片上有剪裁其它材料遺留的半導(dǎo)體或?qū)w異物。層間絕緣的剪裁寬度一般要比銅排寬出1～2 mm。剪裁后應(yīng)對(duì)層間絕緣進(jìn)行防塵防護(hù)，以避免空氣中的粉塵落入。若有粉塵粘在層間絕緣上，在磁極線圈加壓加熱后，層間絕緣因流膠變薄，微小粉塵將造成層間絕緣處于似破未破的狀態(tài)。此時(shí)用壓降法測(cè)量可能未能測(cè)出匝間有短路現(xiàn)象。熱壓完成后，用匝間沖擊測(cè)量，因沖擊電壓較高，這個(gè)位置極易擊穿而造成短路。

4)磁極線圈墊絕緣前的清理

磁極線圈焊接完成后，應(yīng)對(duì)焊縫及熱影響區(qū)進(jìn)行打磨、清理，消除焊縫高于銅排部分及表面氧化層。注意焊縫打磨不得低于銅排表面。對(duì)于銅排直角交匯處的焊瘤，應(yīng)進(jìn)行修挫，一般要求≤R1，并對(duì)于此處進(jìn)行倒角R0.5～R1。根據(jù)工藝成熟程度，必要時(shí)還要對(duì)焊縫進(jìn)行超聲檢查，以確認(rèn)焊接質(zhì)量。而后應(yīng)對(duì)銅排表面用干布擦拭干凈，清除表面的銅粉及其它異物，完成后將線圈倒運(yùn)到防塵室進(jìn)行層間絕緣的鋪設(shè)。

5)磁極線圈鋪設(shè)絕緣層

線圈放置在支撐架上，支撐架上應(yīng)鋪設(shè)環(huán)氧板進(jìn)行保護(hù)，避免銅排直接與支架進(jìn)行摩損而產(chǎn)生微小導(dǎo)電顆粒。用干凈的布沾水?dāng)Q干后，將銅排周向表面擦拭干凈。然后逐匝用手觸摸進(jìn)行檢查確認(rèn)，特別是棱邊，若有毛刺及時(shí)清除。將匝間絕緣用環(huán)氧原膠粘結(jié)到銅排上，以銅排內(nèi)側(cè)邊線為基準(zhǔn)，層間絕緣寬度方向余量向外側(cè)，注意對(duì)接要準(zhǔn)確，避免層與層之間有搭接或空隙。一層粘結(jié)完成后應(yīng)及時(shí)用下一層銅排壓緊固定，以避免層間絕緣褶皺或下滑。層間絕緣粘結(jié)一般L狀。先粘結(jié)一側(cè)后，進(jìn)行可靠固定。進(jìn)行固定時(shí)，夾具上應(yīng)該清理干凈。固定完畢后表面應(yīng)塑料布覆蓋，避免行車上的灰塵、油污落在匝間絕緣上。行車吊起線圈翻轉(zhuǎn)180°后掛在支撐架上，松開固定夾具，然后翻身粘結(jié)另一側(cè)。

6)磁極線圈的套裝

磁極線圈絕緣層墊好后，上下兩側(cè)均應(yīng)進(jìn)行可靠固定。表面用塑料布覆蓋防塵，用行車吊出防塵室。翻轉(zhuǎn)90°，中心體側(cè)朝上，平放在支撐架上。注意支撐距離，保證線圈不下掛。檢查層間絕緣層是否有移位，保證線圈從內(nèi)測(cè)看絕緣層與銅排平齊，外側(cè)寬出1～2 mm。然后利用平吊工裝吊起線圈，確認(rèn)周邊間隙均勻，垂直套入鐵心/模芯內(nèi)。

7)磁極線圈熱壓

對(duì)稱打入楔形板，保證線圈內(nèi)腔尺寸。楔形板與線圈之間應(yīng)增加環(huán)氧墊板，不得與磁極銅排直接接觸。楔形板打入完畢后再次確認(rèn)匝間絕緣是否有移位情況。如從外側(cè)發(fā)現(xiàn)匝間絕緣偏出太多或看不見(jiàn)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。熱壓過(guò)程注意控制溫度，保證整體線圈溫度在135～185℃。線圈熱壓一般是底部溫度最低，中間溫度最高。必要的時(shí)候應(yīng)考慮底部增加溫度補(bǔ)償裝置。在熱壓過(guò)程中，當(dāng)匝間絕緣剛開始流膠時(shí)，壓力增加到最大狀態(tài)(5 MPa)，用壓降法測(cè)量匝間絕緣狀況。保溫結(jié)束后，應(yīng)按照自然冷卻、強(qiáng)制冷卻逐步冷卻，避免一開始降溫就強(qiáng)制冷卻。

8)清理、匝間沖擊試驗(yàn)

磁極線圈降溫到80℃以下時(shí)，開始出模。對(duì)于大容量高轉(zhuǎn)速磁極，一般是利用模型鐵心進(jìn)行熱壓。熱壓完成后要將線圈退出鐵心，清除內(nèi)側(cè)及上、下表面殘膠后再套入磁極鐵心。清除殘膠時(shí)，要注意力度及方法、清理工具，避免磁極銅排表面損傷后的毛刺粘附在線圈上。清理完畢，應(yīng)逐匝進(jìn)行檢查確認(rèn)。然后將線圈放置在環(huán)氧支架上，避免與導(dǎo)電物體直接接觸。按照規(guī)定的電壓等級(jí)進(jìn)行磁極線圈匝間沖擊試驗(yàn)，觀察波形以確認(rèn)匝間是否存在短路。

4 結(jié)語(yǔ)

匝間沖擊試驗(yàn)可以更加有效地檢測(cè)出磁極線圈匝間不良狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除匝間短路，保證機(jī)組長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程一系列有效措施的實(shí)施，可以保證匝間沖擊短路現(xiàn)象得到明顯的改善，后續(xù)磁極線圈的匝間沖擊一次性通過(guò)率達(dá)到99%以上，很大程度上穩(wěn)定了生產(chǎn)質(zhì)量，提高效率。

[1]朱洪雷.水輪發(fā)電機(jī)磁極線圈匝間短路檢查及處理[J].防爆電機(jī).2012(3).

[2]馬蓓蓓，徐正蓉，三峽電廠700 MW水輪發(fā)電機(jī)磁極線圈匝間絕緣試驗(yàn)[J].東方電機(jī).2010(3).