CPR1000核電勵磁機定子繞組開匝故障處理

陶 攀，宋 波，尚新建，王建濤

(中廣核核電運營有限公司，深圳 518124)

0 引言

某核電站4號機在機組小修期間對無刷勵磁機進行檢查，在勵磁機定子抽出后，檢查發(fā)現(xiàn)22號定子線圈有開匝現(xiàn)象，能看到開匝裂紋處裸銅，明顯開裂有4處。開裂長度約65 mm，鼓出5 mm，導(dǎo)致與相鄰線圈的絕緣距離由9 mm下降至4 mm。18號定子線圈也有輕微開匝現(xiàn)象。據(jù)了解該型磁極在其它電站曾發(fā)生過磁極絕緣燒損事故。為確保商運后勵磁機可靠運行，需對勵磁機定子線圈開匝后絕緣情況進行檢查，并對缺陷進行修復(fù)。本文主要論述該類缺陷的檢查與修復(fù)方法。

1 該電站無刷勵磁機介紹

該電站發(fā)電機勵磁系統(tǒng)采用的是ALSTOM公司設(shè)計的TKJ167-45型無刷勵磁機，其部分參數(shù)如表1所示。帶旋轉(zhuǎn)二極管整流器的電樞以外轉(zhuǎn)子形式懸掛在發(fā)電機轉(zhuǎn)子端頭，靜止的磁極部分固定在無刷勵磁機靜止機座上。磁極繞組由22極66個磁極線圈串聯(lián)，每極3層線圈串聯(lián)為一組，以降低勵磁電流，每組線圈共39匝。線圈由退火的經(jīng)軋制平整的矩形銅導(dǎo)體繞制而成，線圈匝間都用環(huán)氧玻璃纖維絕緣熱烘固化。每極的線圈內(nèi)部連接后，再通過極間連接線把相鄰兩極的線圈串起來，最后通過電纜接至外部電源[1]。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

表1 勵磁機參數(shù)

圖1 勵磁機定子繞組結(jié)構(gòu)

2 故障檢查分析

為進一步檢查繞組受損匝間絕緣程度，對開裂線圈進行了全面的檢查：對開裂部位的銅導(dǎo)體及匝間絕緣進行仔細(xì)檢查，初步判斷定子銅匝導(dǎo)體完整，絕緣材料平整無突起，與下層線圈絕緣距離無變化，外觀檢查無明顯短路點，如圖2所示。

圖2 勵磁機定子22號磁極線圈開匝現(xiàn)場照片

勵磁機定子正常情況下運行電壓低，其匝間電壓亦低，但磁極線圈與勵磁系統(tǒng)構(gòu)成的回路，其可能因外部波動產(chǎn)生諧振過電壓進而導(dǎo)致勵磁機定子線圈絕緣薄弱處擊穿。線圈的開匝變形降低了兩組線圈間的絕緣間隙，同時線圈VPI膠的損壞以及線匝的露銅降低了線圈防異物能力，需對線圈開匝進行修復(fù)處理。在處理前，需對受損的勵磁機定子進行相關(guān)電氣檢測，以檢查磁極對地絕緣性能以及線圈匝間絕緣性能。

3 電氣檢測與開匝故障處理

修理前電氣試驗主要是檢查對地絕緣，驗證磁極對地絕緣性能以及檢測線圈匝間絕緣，驗證線圈匝間絕緣性能，該型號勵磁機定子曾在其它機組發(fā)生過磁極絕緣燒損事故[2]，故在常規(guī)的絕緣測試外，還需要進行交流耐壓試驗考核，同時針對交流耐壓試驗不通過可能造成的設(shè)備擊穿，需在試驗前做好修復(fù)預(yù)案。

修前試驗項目及結(jié)果(試驗數(shù)據(jù)參見表2～表4)：

(1) 定子線圈直流電阻測量，通過定子電纜引線測量定子線圈的直流電阻，與原出廠值進行對比，測量結(jié)果合格。

(2) 定子線圈絕緣電阻測量，用1 000 V兆歐表測量并記錄試驗數(shù)據(jù)，結(jié)果合格。

(3) 定子線圈交流耐壓試驗，試驗?zāi)蛪褐禐? 500 V(0.75倍出廠試驗?zāi)蛪褐?，耐壓試驗1 min，試驗通過。

(4) 匝間絕緣驗證，先對22極線圈首末匝引線的測量點刮漆至露銅，然后測量磁極交流阻抗并記錄；交流阻抗合格后，用電阻焊機將受損線圈靠外側(cè)引線焊開，內(nèi)側(cè)引線測量點的絕緣磨開，清理引線上的絕緣，如圖3所示。通過相同的方法處理相鄰的4個未受損線圈的引線，為驗證匝間絕緣有效性，取100 V/匝分別對上述線圈進行匝間沖擊試驗并對比波形，交流阻抗試驗滿足標(biāo)準(zhǔn)，匝間沖擊波試驗波形符合要求，匝間絕緣正常。

圖3 匝間絕緣驗證試驗圖

通過外觀檢查及電氣試驗，基本判斷本次缺陷未造成絕緣嚴(yán)重受損，但基于核電重要設(shè)備高可靠性要求以及勵磁機30年可靠壽期要求，針對該缺陷可能帶來的設(shè)備可靠性降級，仍需對開匝線圈進行修復(fù)處理，且需對可能的絕緣降級進行絕緣加強。

由于該勵磁機定子采用VPI整浸技術(shù)，若采取單獨更換開匝的22號及18號磁極線圈，可能因骨牌效應(yīng)使相鄰的線圈受損進而面臨整機磁極線圈需更換的風(fēng)險，受制于無線圈備件及工期，無法滿足現(xiàn)場要求；若采取開匝部位綁扎復(fù)型+二次整體VPI處理，因目前磁極表面已整體噴涂紅瓷漆，無法清除，在二次VPI過程中磁極表面紅瓷漆會起泡，且表面會有過多樹脂堆積，影響磁極各部位間隙。綜合考慮，電廠決定采取開匝匝間絕緣填充、開匝部位綁扎復(fù)型、受損線圈絕緣包扎方案對開匝故障進行處理。

綁扎復(fù)型：對受損區(qū)域進行整體加熱，注意控制加熱溫度，避免損傷絕緣，在熱態(tài)下先將線圈拐角處用尼龍扎帶進行臨時固定，及時用尼龍扎帶將開匝處進行綁扎復(fù)型，具體如圖4所示。

圖4 開匝線圈復(fù)型圖

匝間絕緣填充：在線圈較大縫隙開匝處塞入適配的刷膠Nomex紙，對于無法塞入Nomex紙的微小裂縫，進行刷樹脂膠填充。

絕緣包扎：采用聚酯纖維熱收縮帶半疊包2～3層在線圈開匝處，寬度長出開匝處5～10 mm，邊包絕緣邊刷樹脂膠；在聚酯纖維熱收縮帶外表面疊包聚四氟乙烯薄膜，兩邊長出聚酯纖維熱收縮帶10～20 mm；再在最外邊半疊包聚酯薄膜收縮帶3層。上述處理后進行加熱固化，并在磁極冷卻后將聚酯薄膜收縮帶和聚四氟乙烯薄膜拆除。

經(jīng)上述修復(fù)后檢查，開匝縫隙填充良好，復(fù)型后線圈間間隙恢復(fù)正常，開匝部位絕緣包扎增強了該部位的抗粉塵性，整體修復(fù)效果良好。修復(fù)效果如圖5所示。

圖5 開匝線圈修復(fù)效果圖

修理后電氣試驗主要是檢查對地絕緣以及匝間絕緣性能，以驗證修復(fù)效果以及是否帶來其它損傷，修前試驗項目及結(jié)果(試驗數(shù)據(jù)參見表2)：

表2 磁極線圈直流電阻試驗值

(1) 定子絕緣電阻試驗，用1 000 V兆歐表測量并記錄試驗數(shù)據(jù)，合格。

(2) 匝間絕緣驗證，取修前一致試驗位置，用100 V/匝試驗電壓分別對線圈進行匝間沖擊試驗并對比波形，交流阻抗試驗滿足標(biāo)準(zhǔn)，匝間沖擊波試驗波形符合要求，匝間絕緣正常。

(3) 線圈直阻試驗，通過定子電纜引線測量定子線圈的直流電阻，與原出廠值進行對比，結(jié)果合格。

(4) 交流耐壓試驗，試驗?zāi)蛪褐禐? 500 V(0.75倍出廠試驗?zāi)蛪褐?，耐壓試驗1 min，試驗通過。

表3 磁極線圈絕緣電阻、交流耐壓試驗值

表4 磁極線圈交流阻抗試驗試驗值

4 結(jié)論

勵磁機定子(磁極)線圈因其結(jié)構(gòu)特征，在安裝、維修與運行過程中可能因各種原因發(fā)生開匝故障，本文故障處理所采用的絕緣評估、匝間沖擊試驗檢查以及復(fù)型、填充絕緣與烘焙處理方法，操作方便，結(jié)果可靠。截止目前，被修復(fù)后的勵磁機已安全運行三個循環(huán)。大修期間對原繞組開匝處進行檢查，發(fā)現(xiàn)修復(fù)部位狀態(tài)良好，各項電氣試驗數(shù)據(jù)合格，該故障處理方法值得推廣。