張學(xué)霖

(惠州深能源豐達(dá)電力有限公司， 廣東惠州 516001)

為滿足地區(qū)電網(wǎng)的實(shí)際需求，9E燃?xì)廨啓C(jī)(簡稱燃機(jī))通常作為調(diào)峰機(jī)組使用，每日兩班制運(yùn)行，形成常態(tài)化。勵(lì)磁機(jī)是傳導(dǎo)勵(lì)磁電壓電流給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的重要設(shè)備，是否正常運(yùn)行關(guān)系到發(fā)電機(jī)能否正常運(yùn)行[1]。

近年來，某些電廠9E燃機(jī)中的燃機(jī)、汽輪機(jī)(簡稱汽機(jī))發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)在運(yùn)行15 000 h、啟動(dòng)次數(shù)約1 000次、運(yùn)行約10 a后出現(xiàn)一些偶發(fā)性或共性的缺陷。筆者分析了發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)的故障現(xiàn)象并提出了處理方法。

1 故障分析及處理

美國通用電氣公司生產(chǎn)的PG9171E燃機(jī)發(fā)電機(jī)組，部分9E燃機(jī)發(fā)電機(jī)采用奧地利ELIN發(fā)電機(jī)公司生產(chǎn)的9A5型，轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，采用交流無刷勵(lì)磁方式，勵(lì)磁機(jī)為KATO公司

生產(chǎn)，型號(hào)為12P32-1100，額定電壓為375 V，額定電流為1 031 A，絕緣等級(jí)F；部分汽機(jī)發(fā)電機(jī)采用山東齊魯電機(jī)制造有限公司濟(jì)南發(fā)電設(shè)備廠生產(chǎn)的WX18Z-054LLT型，轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，采用交流無刷勵(lì)磁方式，勵(lì)磁機(jī)型號(hào)為WBF8-5G，勵(lì)磁機(jī)額定電壓為240 V，額定電流為1 240 A，絕緣等級(jí)F。

1.1 燃機(jī)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)

1.1.1 故障現(xiàn)象

KATO公司生產(chǎn)的勵(lì)磁機(jī)為交流無刷勵(lì)磁，是十二極轉(zhuǎn)樞式交流發(fā)電機(jī)，由定子直流勵(lì)磁繞組、三相轉(zhuǎn)子繞組及旋轉(zhuǎn)整流橋組成。勵(lì)磁原理為勵(lì)磁調(diào)節(jié)器輸出直流電，直流電輸入勵(lì)磁機(jī)定子形成磁場，勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)切割磁場形成交流電，經(jīng)旋轉(zhuǎn)二極管整流后注入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈勵(lì)磁，見圖1。

圖1 燃機(jī)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)原理圖

2017年5月，某廠燃機(jī)發(fā)電機(jī)在啟動(dòng)投入勵(lì)磁后，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓未能建立，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器報(bào)“整流器故障”、“轉(zhuǎn)子接地故障”?，F(xiàn)場對(duì)勵(lì)磁機(jī)本體進(jìn)行檢查，拆除冷卻風(fēng)管，并抽出勵(lì)磁機(jī)定子。勵(lì)磁機(jī)電樞繞組靠近鐵芯端部發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，見圖2。

圖2 燃機(jī)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電樞故障

初步檢查結(jié)果為：勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組靠近整流環(huán)處有一處燒黑痕跡，鐵芯和繞組有燒傷痕跡，鐵芯部分擊穿出一個(gè)坑洞，繞組對(duì)鐵芯放電，無緯帶有燒黑痕跡。

現(xiàn)場加熱勵(lì)磁機(jī)電樞，并將電樞拔出，發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)軸上有粉末，粉末從勵(lì)磁線棒預(yù)留孔冒出。經(jīng)檢查，預(yù)留孔粉末來源于勵(lì)磁機(jī)連接發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的D形線棒表面的絕緣材質(zhì)(見圖3)。

圖3 燃機(jī)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)

ELIN公司生產(chǎn)的9A5型發(fā)電機(jī)在設(shè)計(jì)上考慮了勵(lì)磁的兩種方式，一種是交流無刷勵(lì)磁，另一種是靜態(tài)勵(lì)磁。采用交流無刷勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式，經(jīng)旋轉(zhuǎn)二極管連接整流后，通過D形線棒端部連接發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行勵(lì)磁。采用靜態(tài)勵(lì)磁方式可在勵(lì)磁線棒預(yù)留孔安裝連接部件與D形線棒中部連接，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行勵(lì)磁。

D形線棒內(nèi)置于轉(zhuǎn)軸中心孔中，由正負(fù)極兩根線棒組成，勵(lì)磁機(jī)電樞繞組經(jīng)旋轉(zhuǎn)二極管整流后，通過D形線棒連接發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行勵(lì)磁。D形線棒為銅質(zhì)材質(zhì)[2]，導(dǎo)電性能良好，線棒軸向絕緣層為環(huán)氧樹脂澆注絕緣層，絕緣層厚度為2 mm。兩根D形線棒中間用一層絕緣隔板隔開。D形線棒絕緣層與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸有約1～2 mm間隙，見圖4。由于機(jī)組頻繁啟停，工況不斷變化，造成線棒熱脹冷縮，絕緣層與轉(zhuǎn)軸發(fā)生碰撞磨損，絕緣層磨出粉末，粉末逐漸從勵(lì)磁線棒預(yù)留孔中冒出。

圖4 燃機(jī)發(fā)電機(jī)D形線棒結(jié)構(gòu)

1.1.2 故障原因分析

(1) 9E機(jī)組由于電網(wǎng)調(diào)峰要求，基本上每天兩班制運(yùn)行。機(jī)組運(yùn)行期間，由于轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，D形線棒在離心力作用下，與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的接觸面貼緊，線棒絕緣層和轉(zhuǎn)軸沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不會(huì)造成線棒表面絕緣材料的磨損。在夜間盤車運(yùn)行期間，由于盤車轉(zhuǎn)速較低，離心力不足，D形線棒旋轉(zhuǎn)到低位時(shí)貼緊轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)至高位時(shí)在自身重力的影響下與上部的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸形成間隙，造成線棒表面的絕緣層碰撞磨損，形成粉末。

(2) 粉末易進(jìn)入勵(lì)磁機(jī)繞組漆包線縫隙中。由于機(jī)組運(yùn)行時(shí)間已超過10 a，繞組漆包線絕緣逐漸老化，表面絕緣層破裂，粉末等雜質(zhì)依附在表面上。如粉末受潮粘附，易造成繞組匝間短路。

1.1.3 故障處理

燃機(jī)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)故障處理要求較嚴(yán)格，現(xiàn)場不具備條件，須將勵(lì)磁機(jī)返維修廠進(jìn)行維修。勵(lì)磁機(jī)處理方案：

(1) 勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子加熱，從轉(zhuǎn)軸上拔出。

(2) 勵(lì)磁機(jī)修前動(dòng)平衡測試。

(3) 勵(lì)磁機(jī)電樞繞組與整流盤隔離，拆除勵(lì)磁機(jī)電樞繞組兩側(cè)無緯帶，拆除勵(lì)磁機(jī)電樞繞組。

(4) 清洗劑清理槽內(nèi)殘余絕緣和污穢。

(5) 修復(fù)損壞的硅鋼片，并對(duì)表面絕緣進(jìn)行修復(fù)。

(6) 按照勵(lì)磁機(jī)容量要求進(jìn)行修復(fù)，采用H級(jí)絕緣高強(qiáng)度漆包線進(jìn)行繞線，材料采用H級(jí)絕緣。

(7) 勵(lì)磁機(jī)端部纏繞無緯帶。

(9) 電樞繞組三相直流電阻測量、絕緣試驗(yàn)、交流耐壓試驗(yàn)。

(10) 發(fā)電機(jī)表面噴防護(hù)漆。

(11) 勵(lì)磁機(jī)電樞繞組和整流盤裝配，進(jìn)行動(dòng)平衡測試，試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)與修前數(shù)據(jù)匹配。

(12) 勵(lì)磁機(jī)加熱套入轉(zhuǎn)子，并進(jìn)行固定。

1.2 汽機(jī)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)

1.2.1 故障現(xiàn)象

2017年3月，對(duì)3號(hào)發(fā)電機(jī)WBF8-5G勵(lì)磁機(jī)端部進(jìn)行孔探檢查，發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁機(jī)電樞繞組端部與連接環(huán)接頭相連的3個(gè)并頭套出現(xiàn)移位，其中移位最大的并頭套約相對(duì)移動(dòng)5 mm，用于防護(hù)固定的綁扎繩也被拉斷，見圖5。對(duì)勵(lì)磁機(jī)電樞三相直流電阻進(jìn)行測量，直流電阻平衡。

圖5 汽機(jī)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)并頭套連接缺陷

WBF8-5G型勵(lì)磁機(jī)工作原理與KATO勵(lì)磁機(jī)原理相似。勵(lì)磁機(jī)為交流無刷勵(lì)磁，是八極轉(zhuǎn)樞式交流發(fā)電機(jī)，由定子直流勵(lì)磁繞組、三相轉(zhuǎn)子繞組及旋轉(zhuǎn)整流橋組成。三相轉(zhuǎn)子繞組切割磁場后通過并頭套分別連接不同的A、B、C、N相連接環(huán)，連接環(huán)與整流盤相連進(jìn)行整流，見圖6。

圖6 汽機(jī)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)并頭套連接圖

故障的并頭套連接勵(lì)磁機(jī)電樞繞組與連接環(huán)接頭，起到電路導(dǎo)通作用，材質(zhì)為優(yōu)質(zhì)銅。并頭套安裝時(shí)將其套入電樞端部繞組和連接環(huán)接頭處，將銅條分別敲擊塞入并頭套的間隙中，使其固定牢靠，并有效增加接觸面。加熱裝置對(duì)并頭套兩端進(jìn)行加熱，將錫焊條慢慢融入并頭套與其他連接件的間隙中，降低接觸電阻。

在互聯(lián)網(wǎng)金融背景下，傳統(tǒng)的信用評(píng)估模型已經(jīng)無法有效且準(zhǔn)確地評(píng)估個(gè)人信用風(fēng)險(xiǎn)。本文構(gòu)建較為全面的指標(biāo)體系，分別應(yīng)用SVM和Logistic回歸信用評(píng)估模型，實(shí)證結(jié)果表明兩個(gè)模型對(duì)企業(yè)的個(gè)人信用評(píng)估都有較高的應(yīng)用價(jià)值，但SVM模型在預(yù)測準(zhǔn)確性、客戶區(qū)分能力和模型泛化能力三個(gè)方面均比Logistic模型略勝一籌。

1.2.2 故障原因分析

(1) 連接環(huán)和并頭套本身強(qiáng)度不足，材質(zhì)均為優(yōu)質(zhì)銅材，硬度不足。在高速運(yùn)行中，設(shè)備流過較大電流，銅質(zhì)材料發(fā)熱變軟，在離心力作用下，連接環(huán)接頭產(chǎn)生徑向向外的作用力。在盤車狀態(tài)下，離心力消失，連接環(huán)接頭逐漸冷卻回位。機(jī)組每天兩班制運(yùn)行造成并頭套被不斷拉扯變形。

(2) 錫焊工藝強(qiáng)度較低。錫焊熔點(diǎn)約200 ℃，并頭套在不斷拉扯變形過程中易形成焊錫脫落，造成并頭套與連接件接觸電阻增大，在導(dǎo)通大電流作用下發(fā)熱程度會(huì)增加，進(jìn)一步加快焊錫脫落速度。

1.2.3 故障處理

電廠不具備發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)的維修條件，須送維修廠進(jìn)行維修。為方便發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡測試，將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和勵(lì)磁機(jī)抽出返維修廠處理。

維修廠汽機(jī)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)處理方案：

(1) 中頻加熱將勵(lì)磁機(jī)電樞繞組和整流盤從轉(zhuǎn)子中拔出。

(2) 測量勵(lì)磁機(jī)電樞直流電阻。

(3) 將勵(lì)磁機(jī)電樞繞組和整流盤脫離。

(4) 拆除電樞繞組兩端無緯帶。

(5) 加熱連接勵(lì)磁機(jī)電樞繞組和連接環(huán)接頭的并頭套，將其拆除；加熱連接勵(lì)磁機(jī)電樞繞組跨接并頭套，將其拆除；清理勵(lì)磁機(jī)端部電樞繞組，清除殘余錫塊。

(6) 拆除A、B、C、N相連接環(huán)。

(7) 安裝新連接環(huán)。

(8) 在勵(lì)磁機(jī)電樞繞組和連接環(huán)接頭安裝并頭套；在勵(lì)磁機(jī)電樞繞組跨接處安裝并頭套；并頭套與連接環(huán)接頭連接處采用銀銅焊方式焊接，銀銅焊焊接硬度較大，且熔點(diǎn)比錫焊熔點(diǎn)有較大提升，達(dá)到600 ℃[3]；并頭套與勵(lì)磁機(jī)電樞繞組連接處采用錫焊方式焊接；電樞繞組間跨接并頭套采用錫焊方式焊接，見圖7。

圖7 汽機(jī)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)并頭套連接圖

(9) 在無電氣連接的并頭套間安裝絕緣板；在連接環(huán)接頭和勵(lì)磁機(jī)端部繞組間綁扎較厚的絕緣麻繩，見圖8。

圖8 汽機(jī)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)并頭套綁扎結(jié)構(gòu)

(10) 勵(lì)磁機(jī)電樞繞組真空浸漆，并烘干固化；絕緣麻繩經(jīng)浸漆固化后有較強(qiáng)的硬度，起到固定并頭套的作用。

(11) 整流盤試驗(yàn)，測量整流盤電容、電阻。

(12) 裝配整流盤和勵(lì)磁機(jī)電樞繞組。

(13) 中頻加熱整流盤和電樞繞組，套入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。

(14) 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子整體外涂DK222樹脂絕緣漆。

(15) 最終試驗(yàn)：①轉(zhuǎn)子整體做動(dòng)平衡試驗(yàn)及超速試驗(yàn)(3 360 r/min)；②動(dòng)態(tài)交流阻抗試驗(yàn)(0～3 000 r/min)；③測量勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組及勵(lì)磁回路所連接的設(shè)備絕緣電阻；④測量轉(zhuǎn)子繞組絕緣電阻；⑤轉(zhuǎn)子繞組交流耐壓試驗(yàn)或標(biāo)準(zhǔn)允許的同類型試驗(yàn)；⑥測量轉(zhuǎn)子繞組和勵(lì)磁機(jī)電樞繞組的直流電阻。

2 預(yù)防措施

(1) 勵(lì)磁機(jī)故障均發(fā)生在旋轉(zhuǎn)部分，主要是因?yàn)榘l(fā)電機(jī)制造廠未充分考慮到9E燃機(jī)機(jī)組的調(diào)峰特性，GB/T 7064—2008 《隱形同步發(fā)電機(jī)

技術(shù)要求》中提及在轉(zhuǎn)子整體的壽命期限中，應(yīng)能承受啟動(dòng)次數(shù)不少于3 000次；對(duì)兩班制調(diào)峰運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子整體在使用壽命期限內(nèi)，應(yīng)能承受不少于10 000次的啟動(dòng)次數(shù)。出現(xiàn)問題的勵(lì)磁機(jī)遠(yuǎn)未達(dá)到限制的啟動(dòng)次數(shù)。用戶應(yīng)在合同中強(qiáng)調(diào)發(fā)電機(jī)的制造工藝應(yīng)滿足兩班制運(yùn)行的需求。

(2) 加強(qiáng)勵(lì)磁機(jī)的保養(yǎng)。KATO勵(lì)磁機(jī)電樞繞組采用漆包線，絕緣強(qiáng)度取決于其表面的絕緣漆。與金屬材料不同，絕緣材料的性能相當(dāng)容易隨時(shí)間延長而變化[4]。經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)行后，絕緣漆老化造成絕緣下降，用戶可考慮對(duì)勵(lì)磁機(jī)定轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行真空浸漆，加強(qiáng)繞組絕緣。

(3) 改進(jìn)勵(lì)磁機(jī)薄弱結(jié)構(gòu)和加強(qiáng)孔探檢查。WBF8-5G型勵(lì)磁機(jī)電樞繞組跨接并頭套、連接端部繞組與連接環(huán)接頭并頭套強(qiáng)度不足，可使用銀銅焊替代錫焊形式，并利用機(jī)組大小修的檢修空間對(duì)并頭套進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)移位或變形等情況及時(shí)處理。

(4) 加強(qiáng)勵(lì)磁機(jī)常規(guī)的電氣試驗(yàn)。在條件滿足的情況下，可定期對(duì)勵(lì)磁機(jī)進(jìn)行直流電阻、絕緣電阻測試。

3 結(jié)語

交流無刷勵(lì)磁機(jī)普遍應(yīng)用于9E燃機(jī)發(fā)電機(jī)組，為發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁電源，是發(fā)電機(jī)重要的輔助系統(tǒng)。9A5型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)絕緣材料和裝配結(jié)構(gòu)上存在一定的安全隱患，WX18Z-054LLT型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)在焊接工藝上存在缺陷，均不能滿足頻繁啟停的要求。對(duì)上述兩種型號(hào)的發(fā)電機(jī)均應(yīng)針對(duì)性地在制造和裝配等工藝上進(jìn)行優(yōu)化，才能減少和消除類似故障，滿足發(fā)電機(jī)頻繁啟動(dòng)的要求。