周占文

（廣東水電云南投資有限公司，云南 紅河 661100）

0 前言

某水電站位于云南省境內(nèi)，工程以發(fā)電為主，出線共兩條，電壓等級110 kV，通過某變電站和某變電站接入云南電網(wǎng)系統(tǒng)。電廠裝機(jī)容量150 MW（3×50 MW）、水庫總庫容2.65億立方米，屬日調(diào)節(jié)水庫。年設(shè)計發(fā)電量為7億多千瓦時三臺機(jī)組全部發(fā)電。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯（或磁極、磁扼）繞組、護(hù)環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、風(fēng)扇及轉(zhuǎn)軸等部件組成。線圈纏繞在磁極上通上相對的直流電使磁極產(chǎn)生對應(yīng)的磁場通過轉(zhuǎn)子與定子的相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動完成動能與電能的能量轉(zhuǎn)換。

1 故障情況

某水電站三臺機(jī)組按照水電站設(shè)備檢修導(dǎo)則和實(shí)際運(yùn)行情況，開展計劃性檢修工作，對機(jī)電設(shè)備進(jìn)行檢修、消缺維護(hù)、技術(shù)改造，更換易損部件，確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。按照電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定，開展設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)和定檢工作，強(qiáng)化設(shè)備技術(shù)管理，電站機(jī)電設(shè)備整體運(yùn)行穩(wěn)定。

2019 年度依據(jù)設(shè)備檢修導(dǎo)則規(guī)定和設(shè)備實(shí)際情況，組織實(shí)施1 號機(jī)組C 級常規(guī)性檢修工作，在檢修期間對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行常規(guī)性檢查時，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的50 個磁極中有18 個磁極線圈出線端層間存在不同程度的裂縫現(xiàn)象，開裂的磁極占總數(shù)的36.0%。針對磁極開裂情況統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)開裂部位從磁極引出線附近局部開裂到磁極端部貫穿性開裂，開裂程度每個磁極情況各有不同，靠近磁軛側(cè)開裂情況最為嚴(yán)重；同時發(fā)現(xiàn)開裂的磁極分布在轉(zhuǎn)子整個圓周內(nèi)；開裂的最嚴(yán)重的磁極裂縫厚度為1.85 mm；裂縫長度也各有不同，最長的裂縫貫穿整個磁極端面。

2 磁極開裂檢查

1）鑒于檢修期發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)子磁極開裂情況，通過查閱歷史預(yù)防性試驗(yàn)報告、設(shè)備圖紙、設(shè)計文件等對磁極開裂的情況進(jìn)行原因分析。

2）核實(shí)、記錄所有待處理磁極的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，便于處理后進(jìn)行數(shù)據(jù)對比、分析。在拆卸磁極時發(fā)現(xiàn)部分磁極鍵有松動情況，對發(fā)現(xiàn)開裂的磁極逐個進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)鎖定磁極壓板螺栓存在不同程度的松動情況，個別螺絲的螺牙有損壞現(xiàn)象。

3）檢查發(fā)現(xiàn)壓板沉頭螺栓規(guī)格型號不一，有個別螺栓較短；無法達(dá)到設(shè)計要求的預(yù)緊力，且螺栓為沉頭螺栓，沒有防松動措施。

4）檢查發(fā)現(xiàn)部分磁極壓板與磁極線圈的粘接面開裂，有裂縫；磁極壓板和線圈匝間絕緣粘接膠個別出現(xiàn)脆化的情況。

3 原因分析

通過對現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)的各種現(xiàn)象進(jìn)行分析，測量得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比，查閱歷年檢修維護(hù)試驗(yàn)報告，咨詢廠家技術(shù)人員，咨詢第三方試驗(yàn)單位等，綜合分析得出以下結(jié)論：

1）從磁極拆機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)的磁極壓塊沉頭螺栓規(guī)格型號不一，開裂嚴(yán)重的磁極壓塊緊固螺栓太短，且有螺栓已出現(xiàn)滑絲、松動等情況，分析得出固定磁極壓塊所使用的螺栓存在未按設(shè)計要求裝配情況，預(yù)緊力不夠引起磁極層間開裂；因常規(guī)性C 級以下檢修期間磁極壓板鎖定螺栓緊固程度無法進(jìn)行檢查，磁極壓板螺栓松動后因未及時發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致長時間處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)和振動情況下，加劇了磁極開裂。

2）通過檢查發(fā)現(xiàn)磁極壓塊的固定螺栓為M8*20 mm 的沉頭螺絲，螺絲沒有防松動措施，機(jī)組運(yùn)行期間因磁拉力、水力、機(jī)械力等不平衡容易引起振動，為螺絲的松動提供了有利條件，最終導(dǎo)致磁極的開裂。

3）從剔除、清理開裂磁極壓板粘接部件時發(fā)現(xiàn)的磁極壓板與磁極線圈粘接部位局部粘接劑顏色對比分析，較未開裂的區(qū)域存在較為明顯的色差；通過現(xiàn)場調(diào)試各種配合比下的粘接劑（環(huán)氧樹脂膠），進(jìn)一步分析得出，磁極壓板（環(huán)氧樹脂板）與磁極線圈間粘接劑（環(huán)氧樹脂膠）配合比不同，導(dǎo)致色差明顯，且粘接力不同。經(jīng)查閱機(jī)組安裝時期技術(shù)資料、施工記錄等，了解到本案例中的機(jī)組投產(chǎn)工期緊張，磁極制造周期短，存在磁極壓板粘接后熱壓工藝未達(dá)標(biāo)的可能。

4）機(jī)組運(yùn)行期間轉(zhuǎn)子磁極處于磁場和高溫環(huán)境下，對粘接材料、緊固螺栓、設(shè)備等均存在不同程度影響，機(jī)組運(yùn)行時由于轉(zhuǎn)子磁極高速旋轉(zhuǎn)，受到不平衡的機(jī)械應(yīng)力、電磁拉力，加劇了磁極壓板開裂。

4 處理方法

根據(jù)現(xiàn)場檢查的結(jié)果，從實(shí)際現(xiàn)象入手，依據(jù)發(fā)電機(jī)制造工藝，結(jié)合檢修工期、現(xiàn)場處理的技術(shù)條件等綜合因素，采取如下某電站磁極開裂特殊處理技術(shù)方案，其中主要技術(shù)為：

1）對開裂嚴(yán)重的磁極采用拆除全面解體，將拆除磁極壓板，吊出磁極鐵芯，按照設(shè)計技術(shù)要求進(jìn)行檢查；將解體的磁極線圈利用專用電機(jī)清洗劑清洗，清除污垢；

2）剔除開裂磁極的壓板與線圈各層間的粘接劑，按照制造工藝對結(jié)合面進(jìn)行徹底地打磨、清理；

3）按照同型號磁極制造工藝，采用耐高溫高強(qiáng)度的650 低分子聚酰胺樹脂和E44 環(huán)氧樹脂粘接材料，嚴(yán)格控制粘接劑和固化劑配合比，配制滿足技術(shù)要求的絕緣粘接劑；在磁極壓板與磁極線圈之間設(shè)置厚度為0.1 mm 的環(huán)氧玻璃坯布，粘接劑完全滲透環(huán)氧玻璃坯布后通過粘接劑的固化原理起到粘接作用，同時起到磁極壓板和磁極線圈之間的絕緣隔離作用。引起開裂的主要原因?yàn)檎辰有Ч患岩?，在轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時向外的離心力作用導(dǎo)致開裂，離心力原理如下所示：

其中m表示轉(zhuǎn)子整體質(zhì)量，單位是kg，v表示轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度，單位m/s，r表示轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)半徑，單位是m，F(xiàn)則是離心力。

為使轉(zhuǎn)子磁極在轉(zhuǎn)動期間克服離心力F的作用不發(fā)生磁極壓板開裂，其粘接力要大于離心力，同時還要考慮現(xiàn)場振動的附加作用，為此，選擇高分子高強(qiáng)度粘結(jié)劑是解決開裂的關(guān)鍵。

4）按照新磁極裝配工藝組裝，裝配完成后利用專用熱壓工裝對磁極壓板與磁極線圈進(jìn)行熱壓、固化，通過無線紅外溫控設(shè)備嚴(yán)密檢測磁極熱壓環(huán)境，通過控制熱壓工裝的壓緊力和固化期間的溫度，確保絕緣粘接劑粘接、固化達(dá)到預(yù)期效果；

5）改進(jìn)磁極壓板的壓塊固定螺絲，采用具有防松動措施的高強(qiáng)度沉頭螺絲。安裝前清洗螺孔及螺牙，確保螺絲緊固咬合到位。根據(jù)高強(qiáng)度螺栓預(yù)緊力及扭矩關(guān)系如公式（2），通過扭矩扳手嚴(yán)格按照對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行緊固，確保壓塊螺絲緊固到位；

式中：K為扭矩系數(shù)此數(shù)據(jù)由高強(qiáng)度螺栓制造商提供，通常k=0.11-0.15；P為高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力（單位：kN）；D為高強(qiáng)度螺栓直徑（單位：mm）。

6）磁極裝配完成后，全面清理，按出廠要求對每個磁極進(jìn)行絕緣電阻、直流電阻、交流阻抗等檢測。同時為確保轉(zhuǎn)子的動平衡穩(wěn)定，對處理后的磁極進(jìn)行重量檢測，確保磁極重量偏差在范圍內(nèi)。

7）對機(jī)組其他磁極進(jìn)行全面檢查，利用內(nèi)窺鏡對磁極進(jìn)行清掃，緊固各連接磁極的螺栓；按照預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程，對發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子開展預(yù)防性試驗(yàn)，利用各項(xiàng)試驗(yàn)檢驗(yàn)處理情況及機(jī)組整體情況。

發(fā)電機(jī)磁極開裂缺陷處理后，嚴(yán)格按照設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程，對處理情況進(jìn)行檢測，確保處理后的設(shè)備各項(xiàng)試驗(yàn)滿足規(guī)程要求。

5 結(jié)束語

發(fā)電機(jī)作為水力發(fā)電的主要設(shè)備，其安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要性顯而易見。某水電站發(fā)電機(jī)磁極開裂處理案例中，通過采取的合理的技術(shù)手段，改進(jìn)磁極壓板粘接工藝，選擇合適的粘接材料；改進(jìn)磁極壓板緊固螺栓規(guī)格，嚴(yán)格執(zhí)行熱壓工藝，解決了設(shè)備運(yùn)行期間出現(xiàn)的實(shí)際問題，同時在水電站設(shè)備技術(shù)管理方面提出了不同的思考，為同類型技術(shù)問題提供了參考。