引言

水輪發(fā)電機組磁極線圈絕緣水平對機組安全穩(wěn)定運行有至關重要的影響,磁極絕緣不合格會導致機組運行時磁場不平衡,振擺超標,嚴重時會導致發(fā)電機軸瓦溫度過高甚至燒瓦,因此,有效的磁極線圈絕緣檢測手段對于保證產品質量,確保水輪發(fā)電機組安全穩(wěn)定運行有重要作用。

埃塞俄比亞某水電樞紐工程主體包括大壩、引水隧洞、地下廠房及戶外式開關站,安裝3臺額定容量85+M的混流式水輪發(fā)電機組,其發(fā)電機主要參數(shù)如下:

發(fā)電機型號:ws85-14/5F00;

額定功率:85+M;

額定電流:4083.7A;

額定功率因數(shù):0.85（滯后）;

額定勵磁電壓:240V;

額定勵磁電流:970A;

額定轉速:428.6r/min;

額定頻率:50Hz。

發(fā)電機轉子安裝方式采取現(xiàn)場磁輒疊片,然后掛裝磁極的方式,磁極在廠內生產完成。

首臺發(fā)電機轉子在安裝過程中發(fā)生如下問題:（1）磁極掛裝前試驗,交流阻抗不合格,現(xiàn)場修復處理后合格。（2）磁極掛裝后在打緊磁極鍵不裝磁極間撐塊、打緊磁極鍵安裝撐塊、撐塊安裝引線聯(lián)接多個狀態(tài)下進行磁極試驗,均出現(xiàn)交流阻抗不合格現(xiàn)象,屢次修復后試驗結果仍不穩(wěn)定。

1磁極圖紙、制造工藝及結構說明

本項目發(fā)電機磁極線圈由異形銅排自上而下順時針方向連續(xù)繞49匝（有效匝數(shù)）而成,每匝間墊3層0.04mm厚的s級絕緣玻璃坯布,通過加熱,在液壓機上對磁極線圈進行加壓,使絕緣膠軟化充分流動,填充銅排匝間間隙。在保溫保壓條件下,絕緣膠逐漸固化,最后絕緣厚度在0.23～0.35mm,銅排截面如圖0所示。另外為了確保在機組運行過程中轉子機械結構的穩(wěn)定性,需要在相鄰磁極間安裝V型撐塊用于支撐磁極,為了防止撐塊在機組運行過程中產生位移,需要在磁極線圈上加工缺口用于撐塊固定,加工示意如圖2所示,在磁極匝間絕緣熱壓完成后,采用锽銷方法加工撐塊安裝所需缺口。

2磁極常規(guī)試驗及結果分析

磁極開箱后,安裝人員發(fā)現(xiàn)磁極加工工藝較差,表面毛刺較多,因此在掛裝前對磁極表面及匝間縫隙進行了清掃,隨后進行交流阻抗測試,試驗結果如表0所示。

圖1磁極銅排截面圖

圖2磁極線圈缺口加工示意圖

表1交流阻抗試驗結果

注:每個磁極通入0A工頻電流,記錄磁極兩端電壓值.

根據規(guī)范要求,單個磁極阻抗值與平均值偏差不得大于±5%,從表0數(shù)據看,各磁極間交流阻抗相差很大,尤其是00號磁極,無法滿足安裝要求?，F(xiàn)場對磁極線圈進行了仔細檢查,發(fā)現(xiàn)磁極線圈加工面存在較明顯的匝間短路現(xiàn)象,如圖3所示。除00號磁極外,其余磁極也不同程度存在該現(xiàn)象。現(xiàn)場按廠家要求對磁極表面進行處理后,試驗合格,但是在磁極掛裝、打緊磁極鍵、安裝磁極間撐塊等多步工序后進行試驗檢測,幾乎每一道安裝工序完成后檢測均有磁極線圈試驗結果不合格問題,且無一定規(guī)律?，F(xiàn)場認為磁極匝間絕緣存在較大缺陷。

圖3磁極線圈加工面

3匝間沖擊試驗方法、結果

為了最終確定磁極線圈匝間絕緣情況,現(xiàn)場采用TH-2883型脈沖式線圈測試儀對磁極線圈匝間絕緣進行檢測,其原理是對被測線圈繞組和標準線圈繞組施加相同的脈沖電壓,比較兩者瞬態(tài)波形,以判斷被測試繞組件的優(yōu)劣。瞬態(tài)波形也就是線圈內發(fā)生的衰減振蕩波形,可同時判斷該繞組的電感、品質因素O值、繞組的圈數(shù)差、匝間層間短路。典型的線圈自激衰減震蕩波形如圖4所示。

圖4典型的線圈自激衰減振蕩波形

由于現(xiàn)場無法肯定哪只線圈不存在匝間短路,因此無標準線圈進行對比,但根據品質因數(shù)計算公式,其中L為線圈電感,RL為電感電阻,o為頻率。L越大,則品質因數(shù)O越大,能量衰減速度越慢。而線圈電感與匝數(shù)的平方成正比,因此可以推斷存在匝間短路的線圈,振蕩波形衰減較快。

現(xiàn)場對所有磁極線圈進行了匝間沖擊試驗,為了使試驗結果更加清晰,所有磁極線圈均未套鐵芯,在線圈兩端施加峰值電壓為2000V的脈沖波（由于被試品影響,峰值電壓與設定值略有出入）,通過試驗發(fā)現(xiàn)磁極線圈存在如下兩種典型波形,如圖5、圖6所示。圖中M表示波形顯示區(qū)域兩條虛線之間橫軸方向的時間值。

圖5磁極線圈匝間沖擊試驗波形（1）

圖6磁極線圈匝間沖擊試驗波形（2）

根據前述分析可知,圖6波形表明線圈存在匝間短路,對比常規(guī)試驗,常規(guī)試驗結果存在反復的磁極,其波形均為圖6樣式,或者衰減更快,另有部分磁極雖然常規(guī)試驗合格,但匝間沖擊試驗波形仍為圖6樣式,表明其匝間絕緣存在薄弱點,無法通過較高電壓的沖擊試驗。

經分析認為,造成磁極線圈絕緣不合格的原因主要在于廠家磁極線圈生產工藝存在缺陷,在線圈匝間絕緣熱壓完成后再進行管銷,由于線圈材質為銅,具有延展性,且絕緣層厚度較小,管銷時加工面表層銅發(fā)生延展,很容易造成相鄰匝銅排接觸或間隙非常小,極易發(fā)生匝間短路,且由于磁極掛裝、打緊磁極鍵并加撐塊后,線圈受力產生形變,從而進一步增加了匝間短路的可能性,最終造成常規(guī)試驗結果反復不定,而匝間沖擊試驗證明了上述分析的正確性。在查明原因后,采購方要求廠家重新生產所有磁極線圈,且在重新生產時改進了生產工藝,采用先加工撐塊安裝所需缺口,然后再進行熱壓的方法,最終試驗表明改進生產工藝后,磁極絕緣性能大幅提高,通過了匝間沖擊試驗及所有常規(guī)試驗,且在安裝過程中也未出現(xiàn)試驗結果反復的現(xiàn)象。

4結語

對于發(fā)電機磁極線圈這類對質量要求較高的產品,常規(guī)試驗結果不一定能很好反映磁極的質量缺陷,而輔以匝間沖擊試驗,能夠準確判別存在匝間短路的磁極線圈,且能發(fā)現(xiàn)匝間絕緣存在的缺陷,便于施工方及時排除缺陷,確保發(fā)電機安全可靠運行。