(惠州深能源豐達電力有限公司，廣東惠州 516025)

0 引言

某電廠用2×180MW的聯(lián)合循環(huán)天然氣發(fā)電機組，燃機發(fā)電機有功功率為120MW，汽機發(fā)電機有功功率為60MW，汽機發(fā)電機采用濟南發(fā)電設備廠生產(chǎn)的WX18Z-054LLT發(fā)電機，勵磁方式為無刷勵磁系統(tǒng)，勵磁機型號為WBF8-5G，無刷勵磁機旋轉(zhuǎn)二極管監(jiān)測模塊采用美國巴斯勒電氣的EDM-200。勵磁機電樞繞組有九個并頭套連接到勵磁機的連接環(huán)U、V、W和N相中，實現(xiàn)勵磁機電樞繞組與整流盤的連接。

1 事件經(jīng)過

在汽機發(fā)電機帶60MW有功負荷運行過程中，汽機發(fā)電機勵磁系統(tǒng)出現(xiàn)“旋轉(zhuǎn)二極管故障”報警信號，60s后汽機發(fā)變組保護報“發(fā)電機失磁保護動作出口”跳閘信號，同時汽機發(fā)電機出口斷路器跳開，發(fā)電機解列。停機后，對勵磁系統(tǒng)進行檢查未發(fā)現(xiàn)異常情況，現(xiàn)場檢查勵磁機本體有燒焦的異味，初步判斷為勵磁機內(nèi)部出現(xiàn)故障導致保護動作，現(xiàn)場吊出勵磁機定子，發(fā)現(xiàn)勵磁機電樞上的其中一個并頭套已經(jīng)燒斷，故障點如圖1所示， 另外兩個并頭套的出線連接頭完整，由圖1可以看到并頭套燒斷后，產(chǎn)生的短路電流將勵磁機端部固定的無緯帶同時燒斷，勵磁機電樞繞組在沒有無緯帶的固定，同時由于勵磁機高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，最終使勵磁機全部繞組與并頭套失去連接。

圖1 勵磁機并頭套燒斷故障點

2 并頭套連接原理及故障原因

勵磁機正常在該位置應有三個并頭套，其空間布置圖如圖2所示，圖2有三個并頭套，組成一組，勵磁機共有三組并頭套，三組按120度在圓周空間內(nèi)分布，共計九個并頭套。勵磁機的并頭套將勵磁機的電樞繞組可靠地連接到旋轉(zhuǎn)二極管，通過旋轉(zhuǎn)二極管整流后，完成勵磁電流的輸送，為發(fā)電機提供勵磁電流，是勵磁機重要的連接部件。

圖2 勵磁機并頭套空間布置圖

圖3 勵磁機并頭套連接原理圖

為了進一步查找勵磁機并頭套開焊的原因，對其它同類型勵磁機進行檢查，發(fā)現(xiàn)勵磁進并頭套均出現(xiàn)不同程度的移位和開焊，圖4為并頭套焊接部位出現(xiàn)開焊，未完全脫落,圖5為勵磁機并頭套出現(xiàn)移位。測量勵磁機電樞繞組的三相直流電阻，直流電阻三相偏差達到10%以上，遠遠超過了預防性規(guī)程要求小于三相最小值1.5%的要求。電樞繞組三相直流電阻不平衡在勵磁機運行中會導致三相電流不平衡，但是由于勵磁機在運行過程中，電樞是旋轉(zhuǎn)的，很難監(jiān)測到電樞繞組的三相電流，所以正常運行時，是無法反映出電樞并頭套開焊的問題，只能停機檢修過程中，吊出勵磁機定子，才能測量到電樞三相的直流電阻，導致無法提前發(fā)現(xiàn)并頭套開焊的問題，等到并頭套完全開焊，電流過大導致電樞繞組燒斷后，才能通過發(fā)電機的失磁保護動作跳閘，此時勵磁機已出現(xiàn)嚴重故障。

圖4 勵磁并頭套焊錫出現(xiàn)開焊

圖5 勵磁機并頭套出現(xiàn)移位

勵磁機并頭套是通過焊接的方式與勵磁機連接環(huán)進行可靠連接，原設計的焊接方式為錫焊工藝，錫的熔點在200℃左右，熔點較低，導電性能較差，勵磁機并頭套流過的電流為1000A左右，電流產(chǎn)生的熱量容易導致焊錫老化開裂，同時燃機電廠為調(diào)峰電廠，每天需要啟停，在機組啟停過程中，勵磁機溫度和電流不斷變化，勵磁機并頭套不斷承受冷熱應力，隨著運行時間的加長，并頭套出現(xiàn)移位和開焊，最終導致并頭套燒斷。

3 并頭套返廠解決方案

勵磁機返廠后，將勵磁機的九個并頭套全部重新更換，為了提高勵磁機并頭套的連接可靠性，適應燃機電廠調(diào)峰機組運行的特性，現(xiàn)場采用銀焊的方式，銀焊條的主要金屬成份銀為45%、銅為30%，剩下的為鋅和其它金屬，熔點在600℃以上，具有滲透性好，焊接口抗沖擊力較強，完全可靠滿足勵磁機啟停過程中，溫度和電流不斷變化產(chǎn)生的冷熱應力，同時銀焊后，連接部位的導通電阻將比原來的錫焊更低，接頭的發(fā)熱量更小，焊接的勵磁機并頭套如圖6所示。

圖6 采用銀焊后的并頭套

對勵磁機銀焊后的并頭套進行直流電阻測試，測試結(jié)果如表1所示，三相定子直阻偏差為0.001mΩ，滿足預防性規(guī)程小于最小值1.5%的要求。通過直流電阻測試表明，勵磁機連接及導通性能良好。采用銀焊后，將徹底解決錫焊存在開焊的設計缺陷，焊接完成后，對勵磁機并頭套用玻璃絲帶進行綁扎固定，提高勵磁機抗離心力的能力，進一步防止勵磁機并頭套出現(xiàn)松動，最后對整個勵磁機進行真空浸漆，測量勵磁機絕緣電阻、交流耐壓均合格。

表1 勵磁機電樞繞組直流電阻(溫度：2℃；濕度：40%)

4 預防及優(yōu)化措施

勵磁機并頭套在原來設計時，采用的是錫焊的通用工藝，錫焊在燃煤機組應用過程中，勵磁機并未發(fā)現(xiàn)明顯的開焊現(xiàn)象，主要是由于燃煤電廠啟停次數(shù)較少，而燃機電廠為調(diào)峰電廠，具有每天都要啟停的運行特性，不可避免地會產(chǎn)生冷熱應力，并頭套在這種冷熱應力長時間作用下，會出現(xiàn)移位和開焊，原來的錫焊工藝已無法滿足調(diào)峰電廠的運行特性?？赏ㄟ^以下檢修方式，防止并頭套開焊。

(1)通過銀焊的方式代替錫焊，提高勵磁機并頭套連接的強度和導電性能；同時通過玻璃絲帶對并頭套進行綁扎固定，防止機組在頻繁啟動導致并頭套出現(xiàn)移位松動的問題，通過優(yōu)化制造工藝，解決勵磁機并頭套開焊的問題。

(2)利用機組停機機會，定期對并頭套進行孔探拍照，可及時發(fā)現(xiàn)并頭套移位及開焊的問題。

(3)勵磁機在設計本身未配置任何保護，可考慮將旋轉(zhuǎn)二極管檢測故障信號接入跳閘，一旦出現(xiàn)二極管故障或并頭套開焊，可直接解列機組，最大程度減少故障對勵磁機造成的損壞。

5 結(jié)語

本次勵磁機并頭套的開焊，是一個長時間應力作用的結(jié)果，但由于無刷勵磁在機組運行中存在無法檢測電樞繞組電流的缺點，只能通過發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護、旋轉(zhuǎn)二極管監(jiān)測、勵磁機冷熱風溫度等手段，間接反映勵磁機的運行狀況，導致無法及時監(jiān)測到勵磁機并頭套移位和松動長時間發(fā)展變化的趨勢，當并頭套完全斷開時，保護才會動作，此時勵磁機已經(jīng)出現(xiàn)嚴重故障，因此只有提高勵磁機出廠制造工藝，優(yōu)化現(xiàn)場檢修項目，重點對勵磁機并頭套、旋轉(zhuǎn)二極管等薄弱環(huán)節(jié)進行檢查，從源頭杜絕事故的發(fā)生。