交流勵磁機(jī)故障原因及處理

楊龍，于洪立

（攀鋼集團(tuán)工程技術(shù)有限公司修建分公司，四川 攀枝花617000）

由于交流勵磁機(jī)不存在電流換向問題，其制造容量可提高，而且維護(hù)工作量小，因此在大容量透平發(fā)電機(jī)中普遍采用。交流勵磁機(jī)的穩(wěn)定運行在勵磁系統(tǒng)和整個電網(wǎng)中，都占有非常重要的地位，一旦出現(xiàn)故障將對發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的正常運行帶來嚴(yán)重影響。西昌鋼釩公司能動中心TRT25000 kW同步發(fā)電機(jī)的130 kW交流勵磁機(jī)在運行中發(fā)生故障，發(fā)電機(jī)被迫下網(wǎng)檢修，通過對交流勵磁機(jī)故障原因進(jìn)行分析并采取相應(yīng)措施，成功修復(fù)了交流勵磁機(jī)。

1 交流勵磁機(jī)故障情況

對交流勵磁機(jī)進(jìn)行分解，發(fā)現(xiàn)交流勵磁機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組端部在運行中被大量甩斷、嚴(yán)重變形，轉(zhuǎn)子繞組需全部進(jìn)行更換；同時定子繞組短路環(huán)、定子磁極繞組的局部嚴(yán)重受損，需要修復(fù)。交流勵磁機(jī)故障情況見圖1。

2 故障原因分析

（1）轉(zhuǎn)子并頭套的焊接采用的是搪錫工藝，由于焊錫的熔點（183℃）較低，該工藝焊接的并頭套耐熱能力較差，且焊接時由于溫度不好掌握，焊錫無法填滿整個并頭套的內(nèi)部空間，造成并頭套與導(dǎo)線焊接不良、接觸電阻增大，在運行時溫度升高，將焊錫融化而甩出。

（2）轉(zhuǎn)子繞組兩端無緯帶的綁扎工藝不當(dāng)，如綁扎拉力不夠、無緯帶固化時間有誤等，在運行中并頭套產(chǎn)生的高溫作用下，無緯帶斷裂、甩開。

（3）轉(zhuǎn)子繞組和并頭套表面集聚了較多的油污和粉塵，導(dǎo)致并頭套之間短路，最終造成轉(zhuǎn)子繞組在并頭套燒損后甩出。

（4）并頭套燒損脫落及無緯帶斷裂后，轉(zhuǎn)子繞組端部徑向甩開，脫落的并頭套和無緯帶在電機(jī)氣隙中隨轉(zhuǎn)子高速運轉(zhuǎn)，與定子磁極線圈和短路環(huán)發(fā)生摩擦，導(dǎo)致定子磁極線圈和短路環(huán)刮傷受損。

圖1 交流勵磁機(jī)故障情況

3 交流勵磁機(jī)修復(fù)

3.1 勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子修復(fù)

3.1.1 轉(zhuǎn)子繞組設(shè)計制作

由于交流勵磁機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組損傷嚴(yán)重，需全部進(jìn)行更換，但已無法直接看出轉(zhuǎn)子繞組接線方式。因此，必須根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組已知的部分參數(shù)，來核算出制作轉(zhuǎn)子繞組的相關(guān)參數(shù)，重新設(shè)計制作轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子繞組已知的部分參數(shù)見表1。

表1 轉(zhuǎn)子繞組已知的部分參數(shù)

（1）轉(zhuǎn)子繞組并聯(lián)支路數(shù)確定

轉(zhuǎn)子繞組為Y形接法，則轉(zhuǎn)子繞組的相電流為370A；

線圈的導(dǎo)電面積為：2.80×7.10×4=79.52 mm2；

如果轉(zhuǎn)子繞組的并聯(lián)支路數(shù)為1，則轉(zhuǎn)子繞組的電流密度為：370/（79.52×1）=4.65 A/mm2；

如果轉(zhuǎn)子繞組的并聯(lián)支路數(shù)為2，則轉(zhuǎn)子繞組的電流密度為：370/（79.52×2）=2.33 A/mm2；

根據(jù)電樞繞組的電流密度設(shè)計規(guī)范一般為3～5.5 A/mm2，可以確認(rèn)該電機(jī)的轉(zhuǎn)子電樞繞組并聯(lián)支路數(shù)為1。

（2）轉(zhuǎn)子繞組接線方式確定

為了確定轉(zhuǎn)子繞組接線方式，首先計算每極每相槽數(shù)q：

式中，Z為轉(zhuǎn)子槽數(shù)，54；p為極對數(shù)，2；m為相數(shù)，3。 則

由于此臺電機(jī)的轉(zhuǎn)子每極每相槽數(shù)為分?jǐn)?shù)，即為分?jǐn)?shù)槽繞組。

其次，根據(jù)相鄰兩槽導(dǎo)線電勢的電角度規(guī)律，確認(rèn)轉(zhuǎn)子繞組的接線方式。轉(zhuǎn)子電樞繞組的接線簡化圖見圖2。

圖2 轉(zhuǎn)子電樞繞組接線簡化圖

（3）轉(zhuǎn)子繞組絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于轉(zhuǎn)子繞組線圈的絕緣結(jié)構(gòu)材料無法判定，根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組中通過的是100 Hz的中頻電流，并結(jié)合轉(zhuǎn)子的槽形尺寸，重新設(shè)計了轉(zhuǎn)子繞組絕緣結(jié)構(gòu)，如圖3所示。轉(zhuǎn)子繞組絕緣結(jié)構(gòu)的具體參數(shù)見表2。

圖3 轉(zhuǎn)子繞組絕緣結(jié)構(gòu)圖

表2 轉(zhuǎn)子繞組絕緣結(jié)構(gòu)參數(shù)

3.1.2 轉(zhuǎn)子并頭套焊接方式改進(jìn)

為了避免轉(zhuǎn)子并頭套在高速運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生高溫而開焊，在轉(zhuǎn)子并頭套的焊接方式上進(jìn)行了改進(jìn)，將原來的搪錫工藝改為焊接強(qiáng)度高、導(dǎo)電性好、間隙填充能力強(qiáng)的HL204銀焊條進(jìn)行焊接。HL204銀焊條釬料的熔點高（640～815℃）、電導(dǎo)率（%LACS）為 10 S/m、抗拉強(qiáng)度為 530 MPa，這種焊接結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度和電氣性能均較高，適用于高速轉(zhuǎn)子繞組的焊接。

3.1.3 轉(zhuǎn)子繞組的綁扎工藝改進(jìn)

交流勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子線圈嵌裝、接線及試驗檢測完成合格后，將轉(zhuǎn)子吊放在車床上進(jìn)行端部無緯帶的纏繞綁扎。無緯帶選用2844-W環(huán)氧樹脂浸漬高強(qiáng)度玻璃纖維網(wǎng)狀無緯綁扎帶，綁扎工藝參數(shù)見表3。在實際綁扎過程中，嚴(yán)格做到無緯帶綁扎后表面平整、光滑，不能高出鐵芯表面。

表3 無緯帶綁扎工藝參數(shù)

同時，為了避免勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子同軸安裝的旋轉(zhuǎn)整流器因高溫而損壞，制作了專用的轉(zhuǎn)子線圈和無緯帶干燥固化裝置，如圖4所示。對勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子線圈和無緯帶單獨進(jìn)行干燥固化，固化過程的溫度按照 90℃下 2 h、110℃下 2 h、130℃下 24 h的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，升溫時間不計算在內(nèi)。

圖4 轉(zhuǎn)子線圈及無緯帶干燥固化裝置

3.1.4 轉(zhuǎn)子繞組并頭套防塵處理

為防止電機(jī)運行過程中在轉(zhuǎn)子繞組端部和并頭套表面集聚灰塵和油污而造成短路事故，在轉(zhuǎn)子并頭套焊接完成后，用復(fù)合箔對并頭套進(jìn)行包裹，并在外面加套玻璃絲管，同時在并頭套之間用滌玻氈進(jìn)行填充，消除并頭套之間的間隙，如圖5所示。修復(fù)后的勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子如圖6所示。

圖5 轉(zhuǎn)子繞組并頭套防塵措施

圖6 修復(fù)后的勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子

3.2 勵磁機(jī)定子修復(fù)

檢修發(fā)現(xiàn)勵磁機(jī)定子磁極繞組的表面有明顯的刮傷跡象，存在匝間短路的風(fēng)險。為了節(jié)約成本同時保證檢修質(zhì)量，采取了局部修復(fù)的方式，將有問題的導(dǎo)線挑出，并包扎亞胺薄膜，之后對磁極繞組進(jìn)行浸漬處理。處理結(jié)束后，對磁極繞組進(jìn)行匝間耐壓試驗。同時，為確保磁極繞組對地絕緣良好，對磁極繞組進(jìn)行對地耐壓試驗。

定子磁極繞組額定電壓為122 V，四個磁極串聯(lián)接線，即每個磁極的額定電壓為30.5 V，匝間試驗電壓為額定電壓的10倍［1］。磁極繞組匝間試驗和對地耐壓試驗數(shù)據(jù)見表4。試驗結(jié)果表明，經(jīng)處理后的定子磁極繞組質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

表4 磁極繞組匝間試驗和對地耐壓試驗數(shù)據(jù)

同時，將損傷的定子磁極繞組短路環(huán)拆除，重新進(jìn)行補(bǔ)焊、打磨處理，處理結(jié)束后，對其同心度進(jìn)行檢測，結(jié)果顯示達(dá)到要求。

修復(fù)后的勵磁機(jī)定子如圖7所示。

圖7 修復(fù)后的勵磁機(jī)定子

4 修復(fù)后使用效果

交流勵磁機(jī)成功修復(fù)后，經(jīng)檢測各項數(shù)據(jù)均處于正常水平，技術(shù)參數(shù)完全滿足主發(fā)電機(jī)勵磁的使用要求，于2014年上線后運行至今。修復(fù)后勵磁機(jī)額定數(shù)據(jù)和現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)見表5。

表5 修復(fù)后勵磁機(jī)額定數(shù)據(jù)和現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)

5 結(jié)語

西昌鋼釩公司能動中心發(fā)電機(jī)的交流勵磁機(jī)在運行中發(fā)生故障，下網(wǎng)檢修過程中觀察故障情況并分析原因，采取了勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組重新設(shè)計制作、改進(jìn)轉(zhuǎn)子并頭套焊接方式、改進(jìn)轉(zhuǎn)子繞組的綁扎工藝、轉(zhuǎn)子繞組并頭套防塵處理及勵磁機(jī)定子修復(fù)等措施，實現(xiàn)了交流勵磁機(jī)的成功修復(fù)，不僅為公司保產(chǎn)作出了貢獻(xiàn)，也為今后類似高速電機(jī)的修理及維修提供借鑒和指導(dǎo)，具有推廣意義。