抽水蓄能机组转子磁极典型故障（缺陷）原因分析及对策

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　　【摘 要】抽水蓄能机组启动速度快，负荷调节范围广。它不仅能完成调峰、填谷、调相、调频、事故备用等任务，而且能提高能源利用率。因此，近年来发展迅速。在抽水蓄能机组中，定子和转子磁场以同步速度旋转。它们之间的相互作用产生电磁力。为了实现能量转换，发电机组必须克服切向电磁力的作用，将机械能转换为电能。因此，转子作为抽水蓄能机组的重要组成部分，是保证发电和抽水成功的关键，其质量直接关系到抽水蓄能机组的安全运行。
　　【关键词】抽水蓄能机组；转子磁极；故障（缺陷）；）原因及对策
　　中图分类号：TM862 文献标识码：A
　　引言
　　本文主要对抽水蓄能机组转子磁极典型故障（缺陷）原因进行了简要的分析，希望可以为相关人员提供一定的参考。
　　1转子磁极故障分析
　　磁极线圈是水轮发电机的核心部分，匝间短路和接地故障为转子磁极的主要故障。线圈匝间、引线夹和接头的绝缘防护也就成了核心部分，检修磁极绝缘防护就直接影响发电机正常稳定运行，这就对磁极线圈匝间一定要有可靠的绝缘性要求。制造工艺不良或者安装维护不当都会引发匝间短路；转子引线是水轮发电机中连接励磁系统与磁极的重要部件，转子引线其故障主要为机械应力的破坏。以下对转子磁极检修故障大致经验总结。（1）机组运转时产生的碳粉或因检修时匝间缝隙有焊渣、焊锡滴等杂物未清理干净，引起短路导致磁极引出线发热被烧断的故障。（2）当机组在高速运转中时，机组振动时转子磁极所受的机械应力会使磁极把合螺栓产生松动，使其磁轭和磁极之间的向心力位移。转子磁极的极间接连片和把合螺栓间产生缝隙，使磁极匝间线圈开裂短路。（3）转子磁极长期运行会使得磁极引线片连接片和连接螺栓极易发热烧断现象，融化的铜屑和碳粉滞留在机组中，造成了转子磁极烧损匝线短路。（4）由于转子磁极常处水电站潮湿空气环境区域，空气湿度会进入到铁心和线圈间隙，滑环散落的碳粉和油雾混合物受潮以后，经机组运转时会带到磁极和线圈上，磁极铁心和磁极线圈在主绝缘间隙间会形成一个半导体的介质，主绝缘防护下降，因介质导电而形成的短路。
　　2抽水蓄能机组转子磁极典型故障（缺陷）原因分析及对策
　　2.1转子磁极引线及连接线本体缺陷简述及原因分析
　　2.1.1原因分析
　　某抽水蓄能电厂磁极连接线本体裂纹缺陷仅在机组投产初期出现过，其根本原因是磁极连接线原设计采用刚性连接，垂直于磁轭上端面切向连接。采用此種连接方式没有考虑到机组转速过高、启动频繁、正反转的特点。当机组高速转动时磁极连接线弯部出现应力局部集中，无法有效补偿机组运行时振动、温升、电磁力、疲劳、飞逸时的离心力及电气短路等产生的变形，导致磁极连接线本体出现裂纹。
　　磁极引出线采用刚性连接，磁极连接线各部件装配时由于修型矫正时工艺不当导致材质受损引起连接线局部机械损伤，运行中由于振动、温升、电磁力产生的变形产生裂纹。
　　2.1.2转子磁极引线及连接线本体缺陷对策建议
　　1）严格按照制造厂提供的运行维护手册中要求紧固件的检查内容、标准进行现场检查确认。2）建议将发电机磁极引出线无损探伤列为金属监督项目，B级以上检修实施。3）建议各单位应明确磁极连接线检修工艺要求及危险点分析预控措施；检修中对磁极引出线做好防护，以避免保护措施不完善引起磁极引出线损伤。4）结合机组检修应对磁极引出线、极间连接线进行检查有无移位、变形、裂纹等。5）磁极连线A级检修中应对磁极连接线绝缘进行全面检查。对出现破损或异常部位，应按照相关工艺要求进行处理。抽查两根磁极连接线，剥开磁极连接线绝缘检查焊缝无开裂现象。磁极连接线外观检查，磁极连接线表面清洁，Ω连接无裂痕。磁极连接线接触电阻试验，用微欧仪测量磁极连接线的电阻，试验电流不小于100A，电阻应在规定范围内。6）定期检查磁极连接线螺栓标记线有无变动与磁极引线与磁极连接线处有无由于过热而变色的现象。
　　2.2转子一点接地故障原因分析
　　2.2.1原因分析
　　检查发现，撕裂部位是磁极引线长软连接最外侧铜片，且撕裂位置均为引线根部（磁轭侧）。主要原因是该种型式的磁极软连接在易出现裂纹的根部位置承受的离心应力较高，且各层软铜片受力不均，尤其是最外侧铜片整体受力较大，如果再受外力碰压损伤变形，则更易造成撕裂。
　　2.2.2转子一点接地故障对策建议
　　在撕裂片数不多时，可采取撕掉已经发生撕裂的软连接铜片的方法进行处理。在设计时，磁极软连接的载流密度留有一定的裕度，软连接缺少数片不影响载流量，但应符合DL/T817—2014《立式水轮发电机检修技术规程》中磁极引线缺失15%需要更换引线的规定。以该台机组为例，28片铜片最多只能缺失4片，撕掉4片后，若再发生撕裂就要更换引线。为了避免软连接继续撕裂，需要采取临时措施，防止软连接继续撕裂后再次造成转子一点接地跳机故障。
　　2.3定子绕组损毁故障原因分析
　　2.3.1原因分析
　　当发电机处于开机过程，转速已达到额定转速，且处于空载状态时，磁极挡块在运行中脱落击中定子线圈导致定子接地故障及相间短路故障。在定子线圈损坏期间，若故障电流未达到发电机纵联差动保护动作值，则继电保护不动作。而当前国内大多数大型水轮发电机继电保护均配置了启停机保护，当以启停机保护的差流为判据，发电机在启动过程中发生相间短路故障，发电机励磁系统在机组未到额定转速时便投入励磁，此时启停机保护在判断出相间短路故障后动作。由于发电机启动或停机过程中，定子电压频率很低，因此启停机保护采用了不受频率影响的算法，保证了启停机过程中对发电机的保护。
　　2.2.2故障对策
　　水轮发电机启停机保护整定情况可作如下参考：（1）频率闭锁定值fop=0.9×50=45（Hz）；（2）定子接地保护定值Uop=10V，t=2s；（3）发电机差流启停机定值按额定频率，大于满负荷运行时的差动回路中的不平衡电流整定Iop=KrelIunb=0.3Ie；（4）动作出口，跳发电机出口开关、灭磁开关，发电机停机。不平衡电流整定Iop根据工程实际经验取0.3Ie，时间定值无延时。对于零序过电压启停机保护，配置了灵敏度更高的定子接地保护动作，跳闸延时。考虑到发电机差动保护的差流算法与启停机保护的差流算法略有不同，发电机差动保护在频率未达到45Hz前仍有可能测算不准确。
　　结束语
　　综上所述，本文以抽水蓄能电厂转子磁极典型故障为例，对转子磁极缺陷进行原因讨论，并提出了可行的对策建议，为以后新建抽水蓄能电厂转子磁极设计和已建成抽水蓄能电厂的转子磁极维护都提供了指导性的意见。
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　　（作者单位：国网新源控股有限公司检修分公司）
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