某抽水蓄能电站发电电动机磁极绝缘托板窜出问题分析与处理

虎 勇，王艳武 ，王书枫

(1.官地水力发电厂，四川成都 610000；2.哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150040)

0 引言

某抽水蓄能电站发电电动机发电工况额定功率为300 MW，额定转速500 r/min。电厂在对发电电动机进行检查时，发现在转子磁极线圈和磁极铁心间起绝缘隔离作用的绝缘托板有窜出现象，如图1所示的极靴圆弧位置，沿极身直线段未发现窜出现象。该机组圆周共12个磁极，每个磁极都有该问题。

图1 绝缘托板窜出照片

问题出现后，发生绝缘托板严重窜出的磁极已经从机组吊出，磁极线圈也已从磁极铁心上拆除。从图2可以清晰看出，位于圆弧位置的绝缘托板已经向外窜出一部分。如果趋势继续扩张，会导致绝缘托板断裂，引发事故。

图2 磁极线圈拆下后绝缘托板在磁极中的状态照片

1 原因分析

1.1 结构介绍

如图3与图4所示，磁极绝缘托板设置在磁极线圈和磁极铁心之间，起径向绝缘隔离作用。

磁极绝缘托板未设计成整体结构，而是由四部分组成，分别为沿极身两侧轴向直线段绝缘托板和两段位于磁极铁心圆弧处的绝缘托板。其中直线段的绝缘托板为整板，而位于圆弧处的绝缘托板由于需要弯型，采用多片薄绝缘叠加而成。

1.磁极铁心；2.磁极线圈；3.圆弧处绝缘托板；4.沿极身直线段绝缘托板

1.磁极铁心；2.磁极线圈；3.圆弧处绝缘托板

1.2 问题分析

绝缘托板窜出现象反映绝缘托板受力情况。机组运行过程中，绝缘托板同时承受磁极线圈施加的径向正应力、沿绝缘托板和磁极线圈接触面的摩擦力。其中磁极线圈施加的径向正应力源于线圈在机组旋转时的离心力，沿接触面的摩擦力源于机组启动过程中磁极线圈带励磁发热膨胀，使得磁极线圈和绝缘托板间相对滑动，从而产生滑动摩擦力。径向正应力不会引起绝缘托板窜出，而摩擦力的方向与绝缘托板窜出的方向一致。

由故障情况可以看出，只有磁极铁心圆弧处靠近磁极线圈的薄绝缘托板窜出，而沿极身轴向直线段绝缘托板未发生窜出现象。通过结构分析可以看出，直线段绝缘托板与磁极铁心接触位置设计有凹槽，该凹槽与磁极铁心该位置的凸台正好相配，当磁极线圈与绝缘托板产生滑动摩擦时，磁极铁心上的凸台限制了绝缘托板的移动，因此未发生窜出现象；而位于极靴圆弧处的绝缘托板为2 mm的薄板叠加而成，虽然采用了绝缘销与磁极铁心连接，但绝缘销的尺寸仅为φ5 mm左右，并且设置数量少，当磁极线圈热膨胀时，与绝缘托板产生滑动摩擦力。虽然一次摩擦受力不足以对绝缘销产生破坏，但抽水蓄能机组的特点是频繁启停机，该机组平均一天要启停机5次左右，在频繁启停机的过程中，磁极线圈会不断地膨胀和恢复，经过一定次数的频繁启停机后，绝缘托板与磁极铁心间的绝缘销疲劳断裂，导致绝缘托板窜出。根据现场解体磁极线圈后绝缘销的断裂也印证了上述结论。

2 问题处理

目前，临时的处理方案是将绝缘托板已经严重窜出的磁极用备品磁极更换，其余绝缘托板窜出不严重的磁极将绝缘托板窜出部位采用外力压回原位置。同时，需定期检查绝缘托板，做到出现问题及时处理。

要从根本上解决该问题需要优化绝缘托板结构。绝缘托板直线段和圆弧段需设计成整体热压式结构，避免出现接缝。同时，在绝缘托板和磁极线圈的接触面上设置聚四氟乙烯棉布滑移层，并与绝缘托板热压成一体。滑移层的作用是为了降低绝缘托板磨擦面的摩擦系数，从而降低磁极线圈热膨胀时对绝缘托板的摩擦力。

3 结束语

转子磁极是发电电动机的关键部件，作为转子最外侧的旋转部件，一旦在旋转过程中甩出零件，将造成严重的后果，可能发生定子短路、机械部件损伤等事故，因此应重视磁极结构的合理设计。该抽水蓄能电站发电电动机转子磁极绝缘托板窜出问题的分析与解决方案，为今后发电电动机磁极的设计提供了宝贵的经验，为蓄能机组安全稳定运行提供了更可靠的保证。