CPR1000核电励磁机定子绕组开匝故障处理

陶 攀，宋 波，尚新建，王建涛

(中广核核电运营有限公司，深圳 518124)

0 引言

某核电站4号机在机组小修期间对无刷励磁机进行检查，在励磁机定子抽出后，检查发现22号定子线圈有开匝现象，能看到开匝裂纹处裸铜，明显开裂有4处。开裂长度约65 mm，鼓出5 mm，导致与相邻线圈的绝缘距离由9 mm下降至4 mm。18号定子线圈也有轻微开匝现象。据了解该型磁极在其它电站曾发生过磁极绝缘烧损事故。为确保商运后励磁机可靠运行，需对励磁机定子线圈开匝后绝缘情况进行检查，并对缺陷进行修复。本文主要论述该类缺陷的检查与修复方法。

1 该电站无刷励磁机介绍

该电站发电机励磁系统采用的是ALSTOM公司设计的TKJ167-45型无刷励磁机，其部分参数如表1所示。带旋转二极管整流器的电枢以外转子形式悬挂在发电机转子端头，静止的磁极部分固定在无刷励磁机静止机座上。磁极绕组由22极66个磁极线圈串联，每极3层线圈串联为一组，以降低励磁电流，每组线圈共39匝。线圈由退火的经轧制平整的矩形铜导体绕制而成，线圈匝间都用环氧玻璃纤维绝缘热烘固化。每极的线圈内部连接后，再通过极间连接线把相邻两极的线圈串起来，最后通过电缆接至外部电源[1]。结构如图1所示。

表1 励磁机参数

图1 励磁机定子绕组结构

2 故障检查分析

为进一步检查绕组受损匝间绝缘程度，对开裂线圈进行了全面的检查：对开裂部位的铜导体及匝间绝缘进行仔细检查，初步判断定子铜匝导体完整，绝缘材料平整无突起，与下层线圈绝缘距离无变化，外观检查无明显短路点，如图2所示。

图2 励磁机定子22号磁极线圈开匝现场照片

励磁机定子正常情况下运行电压低，其匝间电压亦低，但磁极线圈与励磁系统构成的回路，其可能因外部波动产生谐振过电压进而导致励磁机定子线圈绝缘薄弱处击穿。线圈的开匝变形降低了两组线圈间的绝缘间隙，同时线圈VPI胶的损坏以及线匝的露铜降低了线圈防异物能力，需对线圈开匝进行修复处理。在处理前，需对受损的励磁机定子进行相关电气检测，以检查磁极对地绝缘性能以及线圈匝间绝缘性能。

3 电气检测与开匝故障处理

修理前电气试验主要是检查对地绝缘，验证磁极对地绝缘性能以及检测线圈匝间绝缘，验证线圈匝间绝缘性能，该型号励磁机定子曾在其它机组发生过磁极绝缘烧损事故[2]，故在常规的绝缘测试外，还需要进行交流耐压试验考核，同时针对交流耐压试验不通过可能造成的设备击穿，需在试验前做好修复预案。

修前试验项目及结果(试验数据参见表2～表4)：

(1) 定子线圈直流电阻测量，通过定子电缆引线测量定子线圈的直流电阻，与原出厂值进行对比，测量结果合格。

(2) 定子线圈绝缘电阻测量，用1 000 V兆欧表测量并记录试验数据，结果合格。

(3) 定子线圈交流耐压试验，试验耐压值为1 500 V(0.75倍出厂试验耐压值)，耐压试验1 min，试验通过。

(4) 匝间绝缘验证，先对22极线圈首末匝引线的测量点刮漆至露铜，然后测量磁极交流阻抗并记录；交流阻抗合格后，用电阻焊机将受损线圈靠外侧引线焊开，内侧引线测量点的绝缘磨开，清理引线上的绝缘，如图3所示。通过相同的方法处理相邻的4个未受损线圈的引线，为验证匝间绝缘有效性，取100 V/匝分别对上述线圈进行匝间冲击试验并对比波形，交流阻抗试验满足标准，匝间冲击波试验波形符合要求，匝间绝缘正常。

图3 匝间绝缘验证试验图

通过外观检查及电气试验，基本判断本次缺陷未造成绝缘严重受损，但基于核电重要设备高可靠性要求以及励磁机30年可靠寿期要求，针对该缺陷可能带来的设备可靠性降级，仍需对开匝线圈进行修复处理，且需对可能的绝缘降级进行绝缘加强。

由于该励磁机定子采用VPI整浸技术，若采取单独更换开匝的22号及18号磁极线圈，可能因骨牌效应使相邻的线圈受损进而面临整机磁极线圈需更换的风险，受制于无线圈备件及工期，无法满足现场要求；若采取开匝部位绑扎复型+二次整体VPI处理，因目前磁极表面已整体喷涂红瓷漆，无法清除，在二次VPI过程中磁极表面红瓷漆会起泡，且表面会有过多树脂堆积，影响磁极各部位间隙。综合考虑，电厂决定采取开匝匝间绝缘填充、开匝部位绑扎复型、受损线圈绝缘包扎方案对开匝故障进行处理。

绑扎复型：对受损区域进行整体加热，注意控制加热温度，避免损伤绝缘，在热态下先将线圈拐角处用尼龙扎带进行临时固定，及时用尼龙扎带将开匝处进行绑扎复型，具体如图4所示。

图4 开匝线圈复型图

匝间绝缘填充：在线圈较大缝隙开匝处塞入适配的刷胶Nomex纸，对于无法塞入Nomex纸的微小裂缝，进行刷树脂胶填充。

绝缘包扎：采用聚酯纤维热收缩带半叠包2～3层在线圈开匝处，宽度长出开匝处5～10 mm，边包绝缘边刷树脂胶；在聚酯纤维热收缩带外表面叠包聚四氟乙烯薄膜，两边长出聚酯纤维热收缩带10～20 mm；再在最外边半叠包聚酯薄膜收缩带3层。上述处理后进行加热固化，并在磁极冷却后将聚酯薄膜收缩带和聚四氟乙烯薄膜拆除。

经上述修复后检查，开匝缝隙填充良好，复型后线圈间间隙恢复正常，开匝部位绝缘包扎增强了该部位的抗粉尘性，整体修复效果良好。修复效果如图5所示。

图5 开匝线圈修复效果图

修理后电气试验主要是检查对地绝缘以及匝间绝缘性能，以验证修复效果以及是否带来其它损伤，修前试验项目及结果(试验数据参见表2)：

表2 磁极线圈直流电阻试验值

(1) 定子绝缘电阻试验，用1 000 V兆欧表测量并记录试验数据，合格。

(2) 匝间绝缘验证，取修前一致试验位置，用100 V/匝试验电压分别对线圈进行匝间冲击试验并对比波形，交流阻抗试验满足标准，匝间冲击波试验波形符合要求，匝间绝缘正常。

(3) 线圈直阻试验，通过定子电缆引线测量定子线圈的直流电阻，与原出厂值进行对比，结果合格。

(4) 交流耐压试验，试验耐压值为1 500 V(0.75倍出厂试验耐压值)，耐压试验1 min，试验通过。

表3 磁极线圈绝缘电阻、交流耐压试验值

表4 磁极线圈交流阻抗试验试验值

4 结论

励磁机定子(磁极)线圈因其结构特征，在安装、维修与运行过程中可能因各种原因发生开匝故障，本文故障处理所采用的绝缘评估、匝间冲击试验检查以及复型、填充绝缘与烘焙处理方法，操作方便，结果可靠。截止目前，被修复后的励磁机已安全运行三个循环。大修期间对原绕组开匝处进行检查，发现修复部位状态良好，各项电气试验数据合格，该故障处理方法值得推广。