發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈引出線崩毀原因及處理
發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈是發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的重要組成部分，其引出線崩斷，將使運(yùn)行中的發(fā)電 機(jī)定子線圈失去勵(lì)磁而引發(fā)事故。詳細(xì)分析了事故發(fā)生的原因及防范，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際提出 處理程序和方法。
關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子引線；崩毀；原因分析；防范；處理
攀煤（集團(tuán)）公司電廠1號(hào)發(fā)電機(jī)是由南京汽輪發(fā)電機(jī)廠1989年出廠，1992年投入運(yùn)行 。型號(hào)QF2－12－2，額定功率12 MW，額定電流1 375 A，額定電壓6.3 kV，轉(zhuǎn)速3 000 r/mi n，B級(jí)絕緣，密閉式空氣冷卻。轉(zhuǎn)子勵(lì)磁方式為與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸的勵(lì)磁機(jī)并激勵(lì)磁。轉(zhuǎn)子 繞組的兩端由引出線經(jīng)大軸表面銑出的溝槽與布置在發(fā)電機(jī)汽端轉(zhuǎn)軸上的正、負(fù)極滑環(huán)相連 接，其中正、負(fù)極滑環(huán)采取同一端集中布置方式，且負(fù)極引線穿過正極滑環(huán)。
1事故經(jīng)過
由于輔機(jī)設(shè)備突然故障短時(shí)停機(jī)，發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁機(jī)的碳刷、碳刷架、卡簧得到清灰檢查 ，兩只發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子碳刷（正、負(fù)極各一只）被更換。1號(hào)發(fā)電機(jī)正常啟機(jī)升壓至4.8 kV、6.3 kV時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁機(jī)的常規(guī)絕緣檢查未發(fā)現(xiàn)任何異常，并網(wǎng)后帶有功負(fù)荷4 MW、無(wú)功2 M Var、定子電流400 A時(shí)，發(fā)電機(jī)正極滑環(huán)上有一只碳刷出現(xiàn)跳動(dòng)聲響，無(wú)火花出現(xiàn)，經(jīng)調(diào)整 卡簧壓力仍無(wú)法消除，一會(huì)兒，發(fā)電機(jī)滑環(huán)處突然迸發(fā)出強(qiáng)烈火花長(zhǎng)達(dá)1 m，立即按下緊急 跳閘按鈕，1號(hào)發(fā)電機(jī)解列停機(jī)。
2設(shè)備檢查情況
1號(hào)機(jī)停機(jī)后檢查情況如下：
1）碳刷架一只燒傷，該碳刷支架的環(huán)氧玻璃布筒燒損有炭化現(xiàn)象。
2）負(fù)極引線完全崩斷，其絕緣層炭化呈黑色粉狀。位置正好在負(fù)極引線穿過正極滑環(huán) 的根部，且正極滑環(huán)穿線孔邊緣也燒損寬約10 mm、深約5 mm的斜形孔洞。
3)用1 000 V兆歐表測(cè)滑環(huán)對(duì)軸的絕緣為0 MΩ，說明轉(zhuǎn)子回路已擊穿并與軸短路。
4)正極滑環(huán)穿線孔中壓線楔鐵內(nèi)表面的小塊環(huán)氧玻璃布板松動(dòng)，可輕易取出。
3原因分析
穿過正極滑環(huán)的負(fù)極引線絕緣受損，造成負(fù)極引線與正極滑環(huán)短路的原因。
3.1設(shè)計(jì)方面
1)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組引入連續(xù)勵(lì)磁電流的正、負(fù)極滑環(huán)可以在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的兩端，也可以 在轉(zhuǎn)子的同一端。1號(hào)發(fā)電機(jī)的正、負(fù)極滑環(huán)就是按照在轉(zhuǎn)子同一端集中布置在汽輪機(jī)側(cè)設(shè) 計(jì)制造。
它存在如下弊端： ①負(fù)極引線穿過正極滑環(huán)，給負(fù)極引線與正極滑環(huán)提供了短路機(jī)會(huì)。 ②使發(fā)電機(jī)側(cè)的滑環(huán)與發(fā)電機(jī)端蓋間的距離相對(duì)縮短，僅有25 mm（發(fā)電機(jī)正、負(fù)極滑 環(huán)按兩端設(shè)計(jì)布置，該尺寸為50 mm），起吊發(fā)電機(jī)端蓋很容易機(jī)械撞傷引線絕緣。 ③十分不便日常檢查穿過正極滑環(huán)處負(fù)極引線的絕緣及引線下的絕緣墊塊。
2)發(fā)電機(jī)正、負(fù)極滑環(huán)的表面，每隔10 mm的寬度有起冷卻作用的螺旋形導(dǎo)風(fēng)溝（寬 約5 mm），存在弊端：使得碳刷的有效接觸面降低，接觸電阻加大，發(fā)熱增大，溫度升高。最惡 劣的時(shí)候1號(hào)機(jī)正、負(fù)極滑環(huán)溫度高達(dá)120 ℃;螺旋形導(dǎo)風(fēng)溝（寬約5 mm）過寬，碳刷與導(dǎo)風(fēng) 溝相切割力度變化大，磨損脫落的碳粉較多。
3.2維護(hù)方面
3.2.1由設(shè)備制造缺陷引發(fā)的維護(hù)不當(dāng)
?、儆捎诎l(fā)電機(jī)定子冷卻布風(fēng)系統(tǒng)的特殊性和攀枝花氣候干燥的特點(diǎn)，經(jīng)常出現(xiàn)發(fā)電機(jī) 出風(fēng)溫度高達(dá)80 ℃、線圈本體埋入式溫度計(jì)測(cè)得溫度值達(dá)到設(shè)計(jì)極限105 ℃。為降低出風(fēng) 溫度，必增大補(bǔ)風(fēng)量、開啟出風(fēng)擋板加強(qiáng)散熱，從而破壞了設(shè)計(jì)的密閉式空氣冷卻，造成大 量的灰塵帶入粘附在發(fā)電機(jī)端蓋的導(dǎo)風(fēng)溝內(nèi)，改變了分布電容。
?、谡?、負(fù)極滑環(huán)在汽輪機(jī)側(cè)同一端，靠近3號(hào)軸瓦僅200 mm，油擋、油封磨損與軸的間 隙增大而蒸發(fā)出大量的油霧，隨轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)形成的氣流而粘附在正、負(fù)極滑環(huán)的表面及其 設(shè)計(jì)制造起冷卻作用的導(dǎo)風(fēng)溝內(nèi)、以及碳刷及碳刷架。同樣改變了分布電容與對(duì)地電容。
3.2.2由技術(shù)素質(zhì)引發(fā)的維護(hù)不當(dāng)
?、倨啓C(jī)后端軸封漏汽的處理質(zhì)量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，造成滑環(huán)所處的環(huán)境溫度相對(duì)升高。
?、诟鼡Q碳刷的研磨程度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，選用碳刷的材質(zhì)不一，使碳刷接觸面更為降低， 流過碳刷的電流分布不均而導(dǎo)致正、負(fù)極滑環(huán)的溫度升高。
③對(duì)穿過正極滑環(huán)處負(fù)極引線的絕緣及引線下的絕緣墊塊等部件的檢查重視程度不夠 ，未列入重點(diǎn)檢查項(xiàng)目之中。
?、懿鹦?、起吊發(fā)電機(jī)端蓋時(shí)，撞傷轉(zhuǎn)子正、負(fù)極引線絕緣的保護(hù)不力。
?、葸z留碳粉的清除工作還缺乏足夠重視。
綜上所述，由于設(shè)計(jì)缺陷與維護(hù)不當(dāng)，滑環(huán)溫度升高，分布電容和對(duì)地電容變化，接 觸電阻變化，造成負(fù)極引線通過碳粉與正極滑環(huán)直接導(dǎo)通而短路崩斷負(fù)極引線和燒損正極滑 環(huán)及相關(guān)部件。
4事故后的處理
經(jīng)專家學(xué)者，勘完事故現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)為：
1）必須抽出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。
2）拆下連軸器的連接構(gòu)件，拔下并取出發(fā)電機(jī)正、負(fù)極滑環(huán)，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)子引線處理。
3）滑環(huán)裝復(fù)后重新找轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡以及滑環(huán)的同心度，必要時(shí)車削滑環(huán)。
4）修復(fù)費(fèi)用高達(dá)幾十萬(wàn)元，工期30天。
對(duì)這一工期太長(zhǎng)、檢修費(fèi)用高的方案，廠組織人員幾經(jīng)研究決定采用另一套切實(shí)可行 的方案，既不抽發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，也不拆連軸器的連接構(gòu)件進(jìn)行檢修，具體處理方法及工藝介紹 如下。
4.1準(zhǔn)備工作
1）拆卸吊開汽側(cè)發(fā)電機(jī)大、小端蓋，用塑料布遮住定子端部線圈，在地面用木板將進(jìn) 風(fēng)口及風(fēng)室檔板遮嚴(yán)。拆卸吊開汽輪機(jī)后軸承2、3號(hào)瓦蓋，測(cè)量滑環(huán)及滑環(huán)下絕緣襯等的相 關(guān)尺寸。
2）加工制作正、負(fù)極滑環(huán)的拆卸工具，同時(shí)準(zhǔn)備加熱器具、隔熱、散熱設(shè)施。
4.2滑環(huán)的拆卸工作
4.2.1拔負(fù)極滑環(huán)
用手槍鉆?7.5的鉆頭鉆下負(fù)極引線斜楔墊塊防退緊固螺絲?8,取出斜楔和墊塊,作好標(biāo)記。 固定好拉板工具,拉板與負(fù)極滑環(huán)間墊δ=2～3 mm的石棉墊，負(fù)極滑環(huán)與連軸器間的轉(zhuǎn) 子圓周上用δ=2～3 mm的石棉墊圍住，然后再用玻璃絲帶包扎，一切準(zhǔn)備就緒后，用兩把大 號(hào)氧氣乙炔火焰槍來回、均勻加熱負(fù)極滑環(huán)，待溫度升至200 ℃時(shí)，用力對(duì)稱地緊拉桿螺母 ，慢慢地拉出負(fù)極滑環(huán)，移至包扎好隔熱的轉(zhuǎn)軸上，再用吹風(fēng)機(jī)讓滑環(huán)緩慢均勻冷卻。取出 滑環(huán)內(nèi)側(cè)的鋼套。測(cè)量負(fù)極滑環(huán)下無(wú)損絕緣套的外徑為?236。
拔下負(fù)極滑環(huán)后，通過負(fù)極引線測(cè)量轉(zhuǎn)子線圈絕緣仍然為零。
4.2.2拔正極滑環(huán)
采用拔負(fù)極滑環(huán)相同的方法拔出正極滑環(huán)。測(cè)得正極滑環(huán)下無(wú)損絕緣套的外徑為?241 .5，對(duì)崩斷的負(fù)極引線進(jìn)行測(cè)量：25×0.5的銅片8片，帶絕緣層為30×7.5。絕緣層由外向 里為：聚酯薄膜(δ=0.05)一層，玻璃絲帶一層，云母帶(δ=0.13)數(shù)層。
取出大軸表面正、負(fù)極引線溝槽內(nèi)的壓線楔鐵的防退螺絲，并退出楔鐵適當(dāng)長(zhǎng)度（根 據(jù)檢修需要的長(zhǎng)度），讓引線的兩端脫離轉(zhuǎn)子引線溝槽，測(cè)得數(shù)據(jù)為轉(zhuǎn)子線圈絕緣為200 M Ω（1 000 V兆歐表）。
轉(zhuǎn)子線圈直流電阻：第一次為0.563 6 Ω，第二次為0.563 6 Ω（直流雙臂電橋）,溫度42 ℃，出廠值為0.651 Ω（75 ℃）。
4.3引線的處理
4.3.1正、負(fù)極引線的焊接處理
為了避免負(fù)極引線焊接后轉(zhuǎn)子線圈的直流電阻變化過大，采用銀磷焊條（BAgCuZn）焊 接旋轉(zhuǎn)部件。
由于取正極引線與正極滑環(huán)的緊固斜楔和墊塊時(shí)，拉斷正極引線兩側(cè)的銅片長(zhǎng)約7mm（ 即第一片和第八片），拉傷第二、三片出現(xiàn)裂紋。因此同時(shí)焊接處理正、負(fù)極引線，具體處 理如下：
?、賱?nèi)フ龢O引線原絕緣層距正極滑環(huán)凹處的邊緣64 mm。負(fù)極引線鋸斷離正極滑環(huán)凹處的邊 緣31 mm，再剝?nèi)ソ^緣層76 mm。剪好新焊接引線對(duì)接端，原引線略錯(cuò)位剪切，并對(duì)各焊 接端面用組銼修整、用無(wú)水乙醇清洗干凈。準(zhǔn)備好石棉繩或石棉泥，將原有引線絕緣層作好 隔熱處理。然后將新焊接引線與原轉(zhuǎn)子引線對(duì)接處放置在平整可移的適當(dāng)大小墊鐵上，按照 對(duì)接的焊逢標(biāo)準(zhǔn)雙面薄焊、焊透銅片（焊接負(fù)極引線時(shí)必須保證在原有長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上留出10 0～200 mm）。對(duì)拉傷有裂紋的銅片補(bǔ)焊。
②修整每片上的焊疤。用夾鉗夾緊焊接處，測(cè)量8片的厚度不得超過包扎絕緣后在引線 槽內(nèi)的極限厚度，再在焊接處的側(cè)面將銅片（8片）焊接在一起，修整后再次測(cè)量焊處厚度 為5.9 mm，無(wú)焊處為4.1 mm，寬度為25.72 mm。室溫時(shí)絕緣電阻為15 MΩ（1 000 V兆 歐表）。
?、蹖?duì)與滑環(huán)連接處的正、負(fù)極引線鍍錫，再次平整壓緊引線。
4.3.2正、負(fù)極引線的絕緣處理
先將原引線的絕緣層搭接處切成約15°～20°的斜形，用丙酮將引線清洗干凈，并擦凈 相鄰部件上金屬雜質(zhì)。然后對(duì)引線從內(nèi)到外包扎云母帶(δ=0.13)六層，玻璃絲帶、聚酯薄 膜各一層，各絕緣材料均半疊包扎。
用遠(yuǎn)紅外線燈烘烤，待絕緣完全固化，室溫時(shí)測(cè)量絕緣電阻為9 MΩ（1 000 V兆歐表）。
4.3.3正、負(fù)極引線裝復(fù)引線槽
用無(wú)水乙醇或丙酮擦洗凈轉(zhuǎn)子表面引線槽內(nèi)的雜質(zhì)。處理壓線斜楔保持光滑，布置好 槽內(nèi)的絕緣（δ=0.5環(huán)氧玻璃布板）等部件，將引線壓入引線槽，打入壓線斜楔保證足夠的 緊度，并作防退處理。
測(cè)轉(zhuǎn)子線圈回路絕緣電阻為6 MΩ（1 000 V兆歐表）。
4.4負(fù)極滑環(huán)絕緣套的處理
正、負(fù)極滑環(huán)拆卸時(shí)受力非絕對(duì)均勻，負(fù)極滑環(huán)絕緣套有損傷；氧氣乙炔焰加熱滑環(huán) 時(shí)溫度高，絕緣套表面有碳化現(xiàn)象。因此處理如下：
1）去掉損傷、受損的絕緣套層，測(cè)得負(fù)極滑環(huán)絕緣套外徑為?233.83（設(shè)計(jì)值為?236.5+0.05），正極為?242.08(設(shè)計(jì)值為?242.5+0.05)。
2）用丙酮清洗干凈正、負(fù)極絕緣套，負(fù)極以環(huán)氧樹脂和兩層玻璃布板（δ=0.5）圍粘 ；正極僅刷一層環(huán)氧樹脂，烘干后再按同心度偏差要求進(jìn)行處理。測(cè)得負(fù)極滑環(huán)絕緣套外徑 為?236.14、正極為Φ242.08；負(fù)極滑環(huán)絕緣套同心度偏差為0.125 mm、正極為0.07 mm。
4.5負(fù)極滑環(huán)裝復(fù)工作
按照滑環(huán)拆卸時(shí)的操作原理和方法分別裝復(fù)正極、負(fù)極滑環(huán)（裝復(fù)與拆卸只是連軸器 的受力方向相反，裝復(fù)工具不變，注意拉板上必須預(yù)留負(fù)極、正極引線孔）。
4.5.1裝復(fù)正極滑環(huán)
先將正極滑環(huán)下的鋼套用8號(hào)鐵線緊抱在對(duì)應(yīng)的絕緣套上，負(fù)極引線穿過正極滑環(huán)過線 孔，再將滑環(huán)移進(jìn)鋼套的極限位置，加強(qiáng)正、負(fù)極引線特別是負(fù)極引線穿過正極滑環(huán)處以及 轉(zhuǎn)子受熱面的隔熱防護(hù)。加熱正極滑環(huán)，待溫度升至200 ℃時(shí)，使正極滑環(huán)對(duì)稱、均勻進(jìn)入 ，保證正極滑環(huán)各點(diǎn)的相對(duì)尺寸達(dá)到原始或設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。加強(qiáng)通風(fēng)，均勻冷卻，使滑環(huán)迅速緊 抱絕緣套，同時(shí)防止絕緣套炭化。
4.5.2處理正極滑環(huán)與正極引線的連接
先清除滑環(huán)上引線連接孔內(nèi)側(cè)、斜楔以及墊塊氧化層，再嵌入引線墊塊和楔鐵，并作 防退處理。
4.5.3正極滑環(huán)與負(fù)極引線的過渡
在兩槽形楔鐵內(nèi)側(cè)用環(huán)氧樹脂粘貼環(huán)氧玻璃布板(δ=2)，然后從滑環(huán)的兩側(cè)嵌入楔鐵 ，并作防退處理。室溫時(shí)測(cè)量絕緣電阻為20 MΩ（1000V兆歐表）。
按照上面的方法裝復(fù)負(fù)極滑環(huán)及處理負(fù)極滑環(huán)與負(fù)極引線的連接。完全裝復(fù)后，轉(zhuǎn)子 線圈回路絕緣電阻為50 MΩ（1 000 V兆歐表）；直流電阻為0.558 5 Ω（28 ℃），換算至 75 ℃與出廠值0.651Ω（75 ℃）相比偏大0.007 498 Ω。
4.6檢測(cè)處理正、負(fù)滑環(huán)
采用常規(guī)的打磨方法（用白布包0號(hào)砂紙對(duì)拉的方式）處理滑環(huán)表面凹凸不平，并采用 在滑環(huán)表面緊貼粘上寬膠帶用千分表測(cè)量滑環(huán)同心度，能滿足運(yùn)行要求。
對(duì)此類事故相關(guān)連的設(shè)備，特別是勵(lì)磁機(jī)的各定子繞組及換向電樞進(jìn)行重點(diǎn)檢查測(cè)試 ，未見任何異常。
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