发电机转子线圈引出线崩毁原因及处理

发电机转子线圈引出线崩毁原因及处理作者：郑守全，陈立伟，彭久兵单位：攀枝花攀煤矸石发电有限责任公司摘要：发电机转子线圈是发电机励磁的重要组成部分，其引出线崩断，将使运行中的发电机定子线圈失去励磁而引发事故。

详细分析了事故发生的原因及防范，并结合现场实际提出处理程序和方法。

关键词：转子引线；崩毁；原因分析；防范；处理攀煤（集团）公司电厂1号发电机是由南京汽轮发电机厂1989年出厂，1992年投入运行。

型号QF2－12－2，额定功率12 MW，额定电流1 375 A，额定电压6.3 kV，转速3 000 r/mi n，B级绝缘，密闭式空气冷却。

转子励磁方式为与发电机转子同轴的励磁机并激励磁。

转子绕组的两端由引出线经大轴表面铣出的沟槽与布置在发电机汽端转轴上的正、负极滑环相连接，其中正、负极滑环采取同一端集中布置方式，且负极引线穿过正极滑环。

1事故经过由于辅机设备突然故障短时停机，发电机、励磁机的碳刷、碳刷架、卡簧得到清灰检查，两只发电机转子碳刷（正、负极各一只）被更换。

1号发电机正常启机升压至4.8 kV、6.3 kV 时对发电机、励磁机的常规绝缘检查未发现任何异常，并网后带有功负荷4 MW、无功2 M Var、定子电流400 A时，发电机正极滑环上有一只碳刷出现跳动声响，无火花出现，经调整卡簧压力仍无法消除，一会儿，发电机滑环处突然迸发出强烈火花长达1 m，立即按下紧急跳闸按钮，1号发电机解列停机。

2设备检查情况1号机停机后检查情况如下：1）碳刷架一只烧伤，该碳刷支架的环氧玻璃布筒烧损有炭化现象。

2）负极引线完全崩断，其绝缘层炭化呈黑色粉状。

位置正好在负极引线穿过正极滑环的根部，且正极滑环穿线孔边缘也烧损宽约10 mm、深约5 mm的斜形孔洞。

3)用1 000 V兆欧表测滑环对轴的绝缘为0 MΩ，说明转子回路已击穿并与轴短路。

4)正极滑环穿线孔中压线楔铁内表面的小块环氧玻璃布板松动，可轻易取出。

3原因分析穿过正极滑环的负极引线绝缘受损，造成负极引线与正极滑环短路的原因。

3.1设计方面1)发电机转子绕组引入连续励磁电流的正、负极滑环可以在发电机转子的两端，也可以在转子的同一端。

1号发电机的正、负极滑环就是按照在转子同一端集中布置在汽轮机侧设计制造。

它存在如下弊端：①负极引线穿过正极滑环，给负极引线与正极滑环提供了短路机会。

②使发电机侧的滑环与发电机端盖间的距离相对缩短，仅有25 mm（发电机正、负极滑环按两端设计布置，该尺寸为50 mm），起吊发电机端盖很容易机械撞伤引线绝缘。

③十分不便日常检查穿过正极滑环处负极引线的绝缘及引线下的绝缘垫块。

2)发电机正、负极滑环的表面，每隔10 mm的宽度有起冷却作用的螺旋形导风沟（宽约5 mm），存在弊端：使得碳刷的有效接触面降低，接触电阻加大，发热增大，温度升高。

最恶劣的时候1号机正、负极滑环温度高达120 ℃;螺旋形导风沟（宽约5 mm）过宽，碳刷与导风沟相切割力度变化大，磨损脱落的碳粉较多。

3.2维护方面3.2.1由设备制造缺陷引发的维护不当①由于发电机定子冷却布风系统的特殊性和攀枝花气候干燥的特点，经常出现发电机出风温度高达80 ℃、线圈本体埋入式温度计测得温度值达到设计极限105 ℃。

为降低出风温度，必增大补风量、开启出风挡板加强散热，从而破坏了设计的密闭式空气冷却，造成大量的灰尘带入粘附在发电机端盖的导风沟内，改变了分布电容。

②正、负极滑环在汽轮机侧同一端，靠近3号轴瓦仅200 mm，油挡、油封磨损与轴的间隙增大而蒸发出大量的油雾，随转子高速旋转形成的气流而粘附在正、负极滑环的表面及其设计制造起冷却作用的导风沟内、以及碳刷及碳刷架。

同样改变了分布电容与对地电容。

3.2.2由技术素质引发的维护不当①汽轮机后端轴封漏汽的处理质量达不到标准，造成滑环所处的环境温度相对升高。

②更换碳刷的研磨程度达不到标准，选用碳刷的材质不一，使碳刷接触面更为降低，流过碳刷的电流分布不均而导致正、负极滑环的温度升高。

③对穿过正极滑环处负极引线的绝缘及引线下的绝缘垫块等部件的检查重视程度不够，未列入重点检查项目之中。

④拆卸、起吊发电机端盖时，撞伤转子正、负极引线绝缘的保护不力。

⑤遗留碳粉的清除工作还缺乏足够重视。

综上所述，由于设计缺陷与维护不当，滑环温度升高，分布电容和对地电容变化，接触电阻变化，造成负极引线通过碳粉与正极滑环直接导通而短路崩断负极引线和烧损正极滑环及相关部件。

4事故后的处理经专家学者，勘完事故现场认为：1）必须抽出发电机转子。

2）拆下连轴器的连接构件，拔下并取出发电机正、负极滑环，然后进行转子引线处理。

3）滑环装复后重新找转子的动平衡以及滑环的同心度，必要时车削滑环。

4）修复费用高达几十万元，工期30天。

对这一工期太长、检修费用高的方案，厂组织人员几经研究决定采用另一套切实可行的方案，既不抽发电机转子，也不拆连轴器的连接构件进行检修，具体处理方法及工艺介绍如下。

4.1准备工作1）拆卸吊开汽侧发电机大、小端盖，用塑料布遮住定子端部线圈，在地面用木板将进风口及风室档板遮严。

拆卸吊开汽轮机后轴承2、3号瓦盖，测量滑环及滑环下绝缘衬等的相关尺寸。

2）加工制作正、负极滑环的拆卸工具，同时准备加热器具、隔热、散热设施。

4.2滑环的拆卸工作4.2.1拔负极滑环用手枪钻?7.5的钻头钻下负极引线斜楔垫块防退紧固螺丝?8,取出斜楔和垫块,作好标记。

固定好拉板工具,拉板与负极滑环间垫δ=2～3 mm的石棉垫，负极滑环与连轴器间的转子圆周上用δ=2～3 mm的石棉垫围住，然后再用玻璃丝带包扎，一切准备就绪后，用两把大号氧气乙炔火焰枪来回、均匀加热负极滑环，待温度升至200 ℃时，用力对称地紧拉杆螺母，慢慢地拉出负极滑环，移至包扎好隔热的转轴上，再用吹风机让滑环缓慢均匀冷却。

取出滑环内侧的钢套。

测量负极滑环下无损绝缘套的外径为?236。

拔下负极滑环后，通过负极引线测量转子线圈绝缘仍然为零。

4.2.2拔正极滑环采用拔负极滑环相同的方法拔出正极滑环。

测得正极滑环下无损绝缘套的外径为?241 .5，对崩断的负极引线进行测量：25×0.5的铜片8片，带绝缘层为30×7.5。

绝缘层由外向里为：聚酯薄膜(δ=0.05)一层，玻璃丝带一层，云母带(δ=0.13)数层。

取出大轴表面正、负极引线沟槽内的压线楔铁的防退螺丝，并退出楔铁适当长度（根据检修需要的长度），让引线的两端脱离转子引线沟槽，测得数据为转子线圈绝缘为200 M Ω（1 000 V兆欧表）。

转子线圈直流电阻：第一次为0.563 6 Ω，第二次为0.563 6 Ω（直流双臂电桥）,温度42 ℃，出厂值为0.651 Ω（75 ℃）。

4.3引线的处理4.3.1正、负极引线的焊接处理为了避免负极引线焊接后转子线圈的直流电阻变化过大，采用银磷焊条（BAgCuZn）焊接旋转部件。

由于取正极引线与正极滑环的紧固斜楔和垫块时，拉断正极引线两侧的铜片长约7mm （即第一片和第八片），拉伤第二、三片出现裂纹。

因此同时焊接处理正、负极引线，具体处理如下：①剥去正极引线原绝缘层距正极滑环凹处的边缘64 mm。

负极引线锯断离正极滑环凹处的边缘31 mm，再剥去绝缘层76 mm。

剪好新焊接引线对接端，原引线略错位剪切，并对各焊接端面用组锉修整、用无水乙醇清洗干净。

准备好石棉绳或石棉泥，将原有引线绝缘层作好隔热处理。

然后将新焊接引线与原转子引线对接处放置在平整可移的适当大小垫铁上，按照对接的焊逢标准双面薄焊、焊透铜片（焊接负极引线时必须保证在原有长度的基础上留出10 0～200 mm）。

对拉伤有裂纹的铜片补焊。

②修整每片上的焊疤。

用夹钳夹紧焊接处，测量8片的厚度不得超过包扎绝缘后在引线槽内的极限厚度，再在焊接处的侧面将铜片（8片）焊接在一起，修整后再次测量焊处厚度为5.9 mm，无焊处为4.1 mm，宽度为25.72 mm。

室温时绝缘电阻为15 MΩ（1 000 V兆欧表）。

③对与滑环连接处的正、负极引线镀锡，再次平整压紧引线。

4.3.2正、负极引线的绝缘处理先将原引线的绝缘层搭接处切成约15°～20°的斜形，用丙酮将引线清洗干净，并擦净相邻部件上金属杂质。

然后对引线从内到外包扎云母带(δ=0.13)六层，玻璃丝带、聚酯薄膜各一层，各绝缘材料均半叠包扎。

用远红外线灯烘烤，待绝缘完全固化，室温时测量绝缘电阻为9 MΩ（1 000 V兆欧表）。

4.3.3正、负极引线装复引线槽用无水乙醇或丙酮擦洗净转子表面引线槽内的杂质。

处理压线斜楔保持光滑，布置好槽内的绝缘（δ=0.5环氧玻璃布板）等部件，将引线压入引线槽，打入压线斜楔保证足够的紧度，并作防退处理。

测转子线圈回路绝缘电阻为6 MΩ（1 000 V兆欧表）。

4.4负极滑环绝缘套的处理正、负极滑环拆卸时受力非绝对均匀，负极滑环绝缘套有损伤；氧气乙炔焰加热滑环时温度高，绝缘套表面有碳化现象。

因此处理如下：1）去掉损伤、受损的绝缘套层，测得负极滑环绝缘套外径为?233.83（设计值为?23 6.5+0.05），正极为?242.08(设计值为?242.5+0.05)。

2）用丙酮清洗干净正、负极绝缘套，负极以环氧树脂和两层玻璃布板（δ=0.5）围粘；正极仅刷一层环氧树脂，烘干后再按同心度偏差要求进行处理。

测得负极滑环绝缘套外径为?236.14、正极为Φ242.08；负极滑环绝缘套同心度偏差为0.125 mm、正极为0.07 mm。

4.5负极滑环装复工作按照滑环拆卸时的操作原理和方法分别装复正极、负极滑环（装复与拆卸只是连轴器的受力方向相反，装复工具不变，注意拉板上必须预留负极、正极引线孔）。

4.5.1装复正极滑环先将正极滑环下的钢套用8号铁线紧抱在对应的绝缘套上，负极引线穿过正极滑环过线孔，再将滑环移进钢套的极限位置，加强正、负极引线特别是负极引线穿过正极滑环处以及转子受热面的隔热防护。

加热正极滑环，待温度升至200 ℃时，使正极滑环对称、均匀进入，保证正极滑环各点的相对尺寸达到原始或设计数据。

加强通风，均匀冷却，使滑环迅速紧抱绝缘套，同时防止绝缘套炭化。

4.5.2处理正极滑环与正极引线的连接先清除滑环上引线连接孔内侧、斜楔以及垫块氧化层，再嵌入引线垫块和楔铁，并作防退处理。

4.5.3正极滑环与负极引线的过渡在两槽形楔铁内侧用环氧树脂粘贴环氧玻璃布板(δ=2)，然后从滑环的两侧嵌入楔铁，并作防退处理。

室温时测量绝缘电阻为20 MΩ（1000V兆欧表）。

按照上面的方法装复负极滑环及处理负极滑环与负极引线的连接。

完全装复后，转子线圈回路绝缘电阻为50 MΩ（1 000 V兆欧表）；直流电阻为0.558 5 Ω（28 ℃），换算至75 ℃与出厂值0.651Ω（75 ℃）相比偏大0.007 498 Ω。