发电机转子磁极线圈层间裂缝处理技术的研究

周占文

（广东水电云南投资有限公司，云南 红河 661100）

0 前言

某水电站位于云南省境内，工程以发电为主，出线共两条，电压等级110 kV，通过某变电站和某变电站接入云南电网系统。电厂装机容量150 MW（3×50 MW）、水库总库容2.65亿立方米，属日调节水库。年设计发电量为7亿多千瓦时三台机组全部发电。发电机转子由转子铁芯（或磁极、磁扼）绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。线圈缠绕在磁极上通上相对的直流电使磁极产生对应的磁场通过转子与定子的相对旋转运动完成动能与电能的能量转换。

1 故障情况

某水电站三台机组按照水电站设备检修导则和实际运行情况，开展计划性检修工作，对机电设备进行检修、消缺维护、技术改造，更换易损部件，确保设备安全稳定运行。按照电力设备预防性试验规程规定，开展设备预防性试验和定检工作，强化设备技术管理，电站机电设备整体运行稳定。

2019 年度依据设备检修导则规定和设备实际情况，组织实施1 号机组C 级常规性检修工作，在检修期间对发电机转子进行常规性检查时，发现转子的50 个磁极中有18 个磁极线圈出线端层间存在不同程度的裂缝现象，开裂的磁极占总数的36.0%。针对磁极开裂情况统计分析，发现开裂部位从磁极引出线附近局部开裂到磁极端部贯穿性开裂，开裂程度每个磁极情况各有不同，靠近磁轭侧开裂情况最为严重；同时发现开裂的磁极分布在转子整个圆周内；开裂的最严重的磁极裂缝厚度为1.85 mm；裂缝长度也各有不同，最长的裂缝贯穿整个磁极端面。

2 磁极开裂检查

1）鉴于检修期发现的转子磁极开裂情况，通过查阅历史预防性试验报告、设备图纸、设计文件等对磁极开裂的情况进行原因分析。

2）核实、记录所有待处理磁极的各项技术参数，便于处理后进行数据对比、分析。在拆卸磁极时发现部分磁极键有松动情况，对发现开裂的磁极逐个进行检查，发现锁定磁极压板螺栓存在不同程度的松动情况，个别螺丝的螺牙有损坏现象。

3）检查发现压板沉头螺栓规格型号不一，有个别螺栓较短；无法达到设计要求的预紧力，且螺栓为沉头螺栓，没有防松动措施。

4）检查发现部分磁极压板与磁极线圈的粘接面开裂，有裂缝；磁极压板和线圈匝间绝缘粘接胶个别出现脆化的情况。

3 原因分析

通过对现场检查发现的各种现象进行分析，测量得出的数据进行分析对比，查阅历年检修维护试验报告，咨询厂家技术人员，咨询第三方试验单位等，综合分析得出以下结论：

1）从磁极拆机检查发现的磁极压块沉头螺栓规格型号不一，开裂严重的磁极压块紧固螺栓太短，且有螺栓已出现滑丝、松动等情况，分析得出固定磁极压块所使用的螺栓存在未按设计要求装配情况，预紧力不够引起磁极层间开裂；因常规性C 级以下检修期间磁极压板锁定螺栓紧固程度无法进行检查，磁极压板螺栓松动后因未及时发现，导致长时间处于高速运转和振动情况下，加剧了磁极开裂。

2）通过检查发现磁极压块的固定螺栓为M8*20 mm 的沉头螺丝，螺丝没有防松动措施，机组运行期间因磁拉力、水力、机械力等不平衡容易引起振动，为螺丝的松动提供了有利条件，最终导致磁极的开裂。

3）从剔除、清理开裂磁极压板粘接部件时发现的磁极压板与磁极线圈粘接部位局部粘接剂颜色对比分析，较未开裂的区域存在较为明显的色差；通过现场调试各种配合比下的粘接剂（环氧树脂胶），进一步分析得出，磁极压板（环氧树脂板）与磁极线圈间粘接剂（环氧树脂胶）配合比不同，导致色差明显，且粘接力不同。经查阅机组安装时期技术资料、施工记录等，了解到本案例中的机组投产工期紧张，磁极制造周期短，存在磁极压板粘接后热压工艺未达标的可能。

4）机组运行期间转子磁极处于磁场和高温环境下，对粘接材料、紧固螺栓、设备等均存在不同程度影响，机组运行时由于转子磁极高速旋转，受到不平衡的机械应力、电磁拉力，加剧了磁极压板开裂。

4 处理方法

根据现场检查的结果，从实际现象入手，依据发电机制造工艺，结合检修工期、现场处理的技术条件等综合因素，采取如下某电站磁极开裂特殊处理技术方案，其中主要技术为：

1）对开裂严重的磁极采用拆除全面解体，将拆除磁极压板，吊出磁极铁芯，按照设计技术要求进行检查；将解体的磁极线圈利用专用电机清洗剂清洗，清除污垢；

2）剔除开裂磁极的压板与线圈各层间的粘接剂，按照制造工艺对结合面进行彻底地打磨、清理；

3）按照同型号磁极制造工艺，采用耐高温高强度的650 低分子聚酰胺树脂和E44 环氧树脂粘接材料，严格控制粘接剂和固化剂配合比，配制满足技术要求的绝缘粘接剂；在磁极压板与磁极线圈之间设置厚度为0.1 mm 的环氧玻璃坯布，粘接剂完全渗透环氧玻璃坯布后通过粘接剂的固化原理起到粘接作用，同时起到磁极压板和磁极线圈之间的绝缘隔离作用。引起开裂的主要原因为粘接效果不佳引起，在转子高速旋转时向外的离心力作用导致开裂，离心力原理如下所示：

其中m表示转子整体质量，单位是kg，v表示转子旋转速度，单位m/s，r表示转子的旋转半径，单位是m，F则是离心力。

为使转子磁极在转动期间克服离心力F的作用不发生磁极压板开裂，其粘接力要大于离心力，同时还要考虑现场振动的附加作用，为此，选择高分子高强度粘结剂是解决开裂的关键。

4）按照新磁极装配工艺组装，装配完成后利用专用热压工装对磁极压板与磁极线圈进行热压、固化，通过无线红外温控设备严密检测磁极热压环境，通过控制热压工装的压紧力和固化期间的温度，确保绝缘粘接剂粘接、固化达到预期效果；

5）改进磁极压板的压块固定螺丝，采用具有防松动措施的高强度沉头螺丝。安装前清洗螺孔及螺牙，确保螺丝紧固咬合到位。根据高强度螺栓预紧力及扭矩关系如公式（2），通过扭矩扳手严格按照对应关系进行紧固，确保压块螺丝紧固到位；

式中：K为扭矩系数此数据由高强度螺栓制造商提供，通常k=0.11-0.15；P为高强度螺栓预拉力（单位：kN）；D为高强度螺栓直径（单位：mm）。

6）磁极装配完成后，全面清理，按出厂要求对每个磁极进行绝缘电阻、直流电阻、交流阻抗等检测。同时为确保转子的动平衡稳定，对处理后的磁极进行重量检测，确保磁极重量偏差在范围内。

7）对机组其他磁极进行全面检查，利用内窥镜对磁极进行清扫，紧固各连接磁极的螺栓；按照预防性试验规程，对发电机定、转子开展预防性试验，利用各项试验检验处理情况及机组整体情况。

发电机磁极开裂缺陷处理后，严格按照设备预防性试验规程，对处理情况进行检测，确保处理后的设备各项试验满足规程要求。

5 结束语

发电机作为水力发电的主要设备，其安全稳定运行的重要性显而易见。某水电站发电机磁极开裂处理案例中，通过采取的合理的技术手段，改进磁极压板粘接工艺，选择合适的粘接材料；改进磁极压板紧固螺栓规格，严格执行热压工艺，解决了设备运行期间出现的实际问题，同时在水电站设备技术管理方面提出了不同的思考，为同类型技术问题提供了参考。