(惠州深能源豐達(dá)電力有限公司，廣東惠州 516025)

0 引言

某電廠用2×180MW的聯(lián)合循環(huán)天然氣發(fā)電機(jī)組，燃機(jī)發(fā)電機(jī)有功功率為120MW，汽機(jī)發(fā)電機(jī)有功功率為60MW，汽機(jī)發(fā)電機(jī)采用濟(jì)南發(fā)電設(shè)備廠生產(chǎn)的WX18Z-054LLT發(fā)電機(jī)，勵(lì)磁方式為無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)，勵(lì)磁機(jī)型號(hào)為WBF8-5G，無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)二極管監(jiān)測(cè)模塊采用美國(guó)巴斯勒電氣的EDM-200。勵(lì)磁機(jī)電樞繞組有九個(gè)并頭套連接到勵(lì)磁機(jī)的連接環(huán)U、V、W和N相中，實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁機(jī)電樞繞組與整流盤的連接。

1 事件經(jīng)過(guò)

在汽機(jī)發(fā)電機(jī)帶60MW有功負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中，汽機(jī)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)出現(xiàn)“旋轉(zhuǎn)二極管故障”報(bào)警信號(hào)，60s后汽機(jī)發(fā)變組保護(hù)報(bào)“發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)動(dòng)作出口”跳閘信號(hào)，同時(shí)汽機(jī)發(fā)電機(jī)出口斷路器跳開，發(fā)電機(jī)解列。停機(jī)后，對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行檢查未發(fā)現(xiàn)異常情況，現(xiàn)場(chǎng)檢查勵(lì)磁機(jī)本體有燒焦的異味，初步判斷為勵(lì)磁機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)故障導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作，現(xiàn)場(chǎng)吊出勵(lì)磁機(jī)定子，發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁機(jī)電樞上的其中一個(gè)并頭套已經(jīng)燒斷，故障點(diǎn)如圖1所示， 另外兩個(gè)并頭套的出線連接頭完整，由圖1可以看到并頭套燒斷后，產(chǎn)生的短路電流將勵(lì)磁機(jī)端部固定的無(wú)緯帶同時(shí)燒斷，勵(lì)磁機(jī)電樞繞組在沒有無(wú)緯帶的固定，同時(shí)由于勵(lì)磁機(jī)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，最終使勵(lì)磁機(jī)全部繞組與并頭套失去連接。

圖1 勵(lì)磁機(jī)并頭套燒斷故障點(diǎn)

2 并頭套連接原理及故障原因

勵(lì)磁機(jī)正常在該位置應(yīng)有三個(gè)并頭套，其空間布置圖如圖2所示，圖2有三個(gè)并頭套，組成一組，勵(lì)磁機(jī)共有三組并頭套，三組按120度在圓周空間內(nèi)分布，共計(jì)九個(gè)并頭套。勵(lì)磁機(jī)的并頭套將勵(lì)磁機(jī)的電樞繞組可靠地連接到旋轉(zhuǎn)二極管，通過(guò)旋轉(zhuǎn)二極管整流后，完成勵(lì)磁電流的輸送，為發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁電流，是勵(lì)磁機(jī)重要的連接部件。

圖2 勵(lì)磁機(jī)并頭套空間布置圖

圖3 勵(lì)磁機(jī)并頭套連接原理圖

為了進(jìn)一步查找勵(lì)磁機(jī)并頭套開焊的原因，對(duì)其它同類型勵(lì)磁機(jī)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁進(jìn)并頭套均出現(xiàn)不同程度的移位和開焊，圖4為并頭套焊接部位出現(xiàn)開焊，未完全脫落,圖5為勵(lì)磁機(jī)并頭套出現(xiàn)移位。測(cè)量勵(lì)磁機(jī)電樞繞組的三相直流電阻，直流電阻三相偏差達(dá)到10%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了預(yù)防性規(guī)程要求小于三相最小值1.5%的要求。電樞繞組三相直流電阻不平衡在勵(lì)磁機(jī)運(yùn)行中會(huì)導(dǎo)致三相電流不平衡，但是由于勵(lì)磁機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，電樞是旋轉(zhuǎn)的，很難監(jiān)測(cè)到電樞繞組的三相電流，所以正常運(yùn)行時(shí)，是無(wú)法反映出電樞并頭套開焊的問題，只能停機(jī)檢修過(guò)程中，吊出勵(lì)磁機(jī)定子，才能測(cè)量到電樞三相的直流電阻，導(dǎo)致無(wú)法提前發(fā)現(xiàn)并頭套開焊的問題，等到并頭套完全開焊，電流過(guò)大導(dǎo)致電樞繞組燒斷后，才能通過(guò)發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)動(dòng)作跳閘，此時(shí)勵(lì)磁機(jī)已出現(xiàn)嚴(yán)重故障。

圖4 勵(lì)磁并頭套焊錫出現(xiàn)開焊

圖5 勵(lì)磁機(jī)并頭套出現(xiàn)移位

勵(lì)磁機(jī)并頭套是通過(guò)焊接的方式與勵(lì)磁機(jī)連接環(huán)進(jìn)行可靠連接，原設(shè)計(jì)的焊接方式為錫焊工藝，錫的熔點(diǎn)在200℃左右，熔點(diǎn)較低，導(dǎo)電性能較差，勵(lì)磁機(jī)并頭套流過(guò)的電流為1000A左右，電流產(chǎn)生的熱量容易導(dǎo)致焊錫老化開裂，同時(shí)燃機(jī)電廠為調(diào)峰電廠，每天需要啟停，在機(jī)組啟停過(guò)程中，勵(lì)磁機(jī)溫度和電流不斷變化，勵(lì)磁機(jī)并頭套不斷承受冷熱應(yīng)力，隨著運(yùn)行時(shí)間的加長(zhǎng)，并頭套出現(xiàn)移位和開焊，最終導(dǎo)致并頭套燒斷。

3 并頭套返廠解決方案

勵(lì)磁機(jī)返廠后，將勵(lì)磁機(jī)的九個(gè)并頭套全部重新更換，為了提高勵(lì)磁機(jī)并頭套的連接可靠性，適應(yīng)燃機(jī)電廠調(diào)峰機(jī)組運(yùn)行的特性，現(xiàn)場(chǎng)采用銀焊的方式，銀焊條的主要金屬成份銀為45%、銅為30%，剩下的為鋅和其它金屬，熔點(diǎn)在600℃以上，具有滲透性好，焊接口抗沖擊力較強(qiáng)，完全可靠滿足勵(lì)磁機(jī)啟停過(guò)程中，溫度和電流不斷變化產(chǎn)生的冷熱應(yīng)力，同時(shí)銀焊后，連接部位的導(dǎo)通電阻將比原來(lái)的錫焊更低，接頭的發(fā)熱量更小，焊接的勵(lì)磁機(jī)并頭套如圖6所示。

圖6 采用銀焊后的并頭套

對(duì)勵(lì)磁機(jī)銀焊后的并頭套進(jìn)行直流電阻測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示，三相定子直阻偏差為0.001mΩ，滿足預(yù)防性規(guī)程小于最小值1.5%的要求。通過(guò)直流電阻測(cè)試表明，勵(lì)磁機(jī)連接及導(dǎo)通性能良好。采用銀焊后，將徹底解決錫焊存在開焊的設(shè)計(jì)缺陷，焊接完成后，對(duì)勵(lì)磁機(jī)并頭套用玻璃絲帶進(jìn)行綁扎固定，提高勵(lì)磁機(jī)抗離心力的能力，進(jìn)一步防止勵(lì)磁機(jī)并頭套出現(xiàn)松動(dòng)，最后對(duì)整個(gè)勵(lì)磁機(jī)進(jìn)行真空浸漆，測(cè)量勵(lì)磁機(jī)絕緣電阻、交流耐壓均合格。

表1 勵(lì)磁機(jī)電樞繞組直流電阻(溫度：2℃；濕度：40%)

4 預(yù)防及優(yōu)化措施

勵(lì)磁機(jī)并頭套在原來(lái)設(shè)計(jì)時(shí)，采用的是錫焊的通用工藝，錫焊在燃煤機(jī)組應(yīng)用過(guò)程中，勵(lì)磁機(jī)并未發(fā)現(xiàn)明顯的開焊現(xiàn)象，主要是由于燃煤電廠啟停次數(shù)較少，而燃機(jī)電廠為調(diào)峰電廠，具有每天都要啟停的運(yùn)行特性，不可避免地會(huì)產(chǎn)生冷熱應(yīng)力，并頭套在這種冷熱應(yīng)力長(zhǎng)時(shí)間作用下，會(huì)出現(xiàn)移位和開焊，原來(lái)的錫焊工藝已無(wú)法滿足調(diào)峰電廠的運(yùn)行特性?？赏ㄟ^(guò)以下檢修方式，防止并頭套開焊。

(1)通過(guò)銀焊的方式代替錫焊，提高勵(lì)磁機(jī)并頭套連接的強(qiáng)度和導(dǎo)電性能；同時(shí)通過(guò)玻璃絲帶對(duì)并頭套進(jìn)行綁扎固定，防止機(jī)組在頻繁啟動(dòng)導(dǎo)致并頭套出現(xiàn)移位松動(dòng)的問題，通過(guò)優(yōu)化制造工藝，解決勵(lì)磁機(jī)并頭套開焊的問題。

(2)利用機(jī)組停機(jī)機(jī)會(huì)，定期對(duì)并頭套進(jìn)行孔探拍照，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并頭套移位及開焊的問題。

(3)勵(lì)磁機(jī)在設(shè)計(jì)本身未配置任何保護(hù)，可考慮將旋轉(zhuǎn)二極管檢測(cè)故障信號(hào)接入跳閘，一旦出現(xiàn)二極管故障或并頭套開焊，可直接解列機(jī)組，最大程度減少故障對(duì)勵(lì)磁機(jī)造成的損壞。

5 結(jié)語(yǔ)

本次勵(lì)磁機(jī)并頭套的開焊，是一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)力作用的結(jié)果，但由于無(wú)刷勵(lì)磁在機(jī)組運(yùn)行中存在無(wú)法檢測(cè)電樞繞組電流的缺點(diǎn)，只能通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)、旋轉(zhuǎn)二極管監(jiān)測(cè)、勵(lì)磁機(jī)冷熱風(fēng)溫度等手段，間接反映勵(lì)磁機(jī)的運(yùn)行狀況，導(dǎo)致無(wú)法及時(shí)監(jiān)測(cè)到勵(lì)磁機(jī)并頭套移位和松動(dòng)長(zhǎng)時(shí)間發(fā)展變化的趨勢(shì)，當(dāng)并頭套完全斷開時(shí)，保護(hù)才會(huì)動(dòng)作，此時(shí)勵(lì)磁機(jī)已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障，因此只有提高勵(lì)磁機(jī)出廠制造工藝，優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)檢修項(xiàng)目，重點(diǎn)對(duì)勵(lì)磁機(jī)并頭套、旋轉(zhuǎn)二極管等薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行檢查，從源頭杜絕事故的發(fā)生。