虎 勇，王艷武 ，王書(shū)楓

(1.官地水力發(fā)電廠，四川成都 610000；2.哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

某抽水蓄能電站發(fā)電電動(dòng)機(jī)發(fā)電工況額定功率為300 MW，額定轉(zhuǎn)速500 r/min。電廠在對(duì)發(fā)電電動(dòng)機(jī)進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)子磁極線圈和磁極鐵心間起絕緣隔離作用的絕緣托板有竄出現(xiàn)象，如圖1所示的極靴圓弧位置，沿極身直線段未發(fā)現(xiàn)竄出現(xiàn)象。該機(jī)組圓周共12個(gè)磁極，每個(gè)磁極都有該問(wèn)題。

圖1 絕緣托板竄出照片

問(wèn)題出現(xiàn)后，發(fā)生絕緣托板嚴(yán)重竄出的磁極已經(jīng)從機(jī)組吊出，磁極線圈也已從磁極鐵心上拆除。從圖2可以清晰看出，位于圓弧位置的絕緣托板已經(jīng)向外竄出一部分。如果趨勢(shì)繼續(xù)擴(kuò)張，會(huì)導(dǎo)致絕緣托板斷裂，引發(fā)事故。

圖2 磁極線圈拆下后絕緣托板在磁極中的狀態(tài)照片

1 原因分析

1.1 結(jié)構(gòu)介紹

如圖3與圖4所示，磁極絕緣托板設(shè)置在磁極線圈和磁極鐵心之間，起徑向絕緣隔離作用。

磁極絕緣托板未設(shè)計(jì)成整體結(jié)構(gòu)，而是由四部分組成，分別為沿極身兩側(cè)軸向直線段絕緣托板和兩段位于磁極鐵心圓弧處的絕緣托板。其中直線段的絕緣托板為整板，而位于圓弧處的絕緣托板由于需要彎型，采用多片薄絕緣疊加而成。

1.磁極鐵心；2.磁極線圈；3.圓弧處絕緣托板；4.沿極身直線段絕緣托板

1.磁極鐵心；2.磁極線圈；3.圓弧處絕緣托板

1.2 問(wèn)題分析

絕緣托板竄出現(xiàn)象反映絕緣托板受力情況。機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，絕緣托板同時(shí)承受磁極線圈施加的徑向正應(yīng)力、沿絕緣托板和磁極線圈接觸面的摩擦力。其中磁極線圈施加的徑向正應(yīng)力源于線圈在機(jī)組旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力，沿接觸面的摩擦力源于機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中磁極線圈帶勵(lì)磁發(fā)熱膨脹，使得磁極線圈和絕緣托板間相對(duì)滑動(dòng)，從而產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦力。徑向正應(yīng)力不會(huì)引起絕緣托板竄出，而摩擦力的方向與絕緣托板竄出的方向一致。

由故障情況可以看出，只有磁極鐵心圓弧處靠近磁極線圈的薄絕緣托板竄出，而沿極身軸向直線段絕緣托板未發(fā)生竄出現(xiàn)象。通過(guò)結(jié)構(gòu)分析可以看出，直線段絕緣托板與磁極鐵心接觸位置設(shè)計(jì)有凹槽，該凹槽與磁極鐵心該位置的凸臺(tái)正好相配，當(dāng)磁極線圈與絕緣托板產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦?xí)r，磁極鐵心上的凸臺(tái)限制了絕緣托板的移動(dòng)，因此未發(fā)生竄出現(xiàn)象；而位于極靴圓弧處的絕緣托板為2 mm的薄板疊加而成，雖然采用了絕緣銷與磁極鐵心連接，但絕緣銷的尺寸僅為φ5 mm左右，并且設(shè)置數(shù)量少，當(dāng)磁極線圈熱膨脹時(shí)，與絕緣托板產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦力。雖然一次摩擦受力不足以對(duì)絕緣銷產(chǎn)生破壞，但抽水蓄能機(jī)組的特點(diǎn)是頻繁啟停機(jī)，該機(jī)組平均一天要啟停機(jī)5次左右，在頻繁啟停機(jī)的過(guò)程中，磁極線圈會(huì)不斷地膨脹和恢復(fù)，經(jīng)過(guò)一定次數(shù)的頻繁啟停機(jī)后，絕緣托板與磁極鐵心間的絕緣銷疲勞斷裂，導(dǎo)致絕緣托板竄出。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)解體磁極線圈后絕緣銷的斷裂也印證了上述結(jié)論。

2 問(wèn)題處理

目前，臨時(shí)的處理方案是將絕緣托板已經(jīng)嚴(yán)重竄出的磁極用備品磁極更換，其余絕緣托板竄出不嚴(yán)重的磁極將絕緣托板竄出部位采用外力壓回原位置。同時(shí)，需定期檢查絕緣托板，做到出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。

要從根本上解決該問(wèn)題需要優(yōu)化絕緣托板結(jié)構(gòu)。絕緣托板直線段和圓弧段需設(shè)計(jì)成整體熱壓式結(jié)構(gòu)，避免出現(xiàn)接縫。同時(shí)，在絕緣托板和磁極線圈的接觸面上設(shè)置聚四氟乙烯棉布滑移層，并與絕緣托板熱壓成一體?；茖拥淖饔檬菫榱私档徒^緣托板磨擦面的摩擦系數(shù)，從而降低磁極線圈熱膨脹時(shí)對(duì)絕緣托板的摩擦力。

3 結(jié)束語(yǔ)

轉(zhuǎn)子磁極是發(fā)電電動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件，作為轉(zhuǎn)子最外側(cè)的旋轉(zhuǎn)部件，一旦在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中甩出零件，將造成嚴(yán)重的后果，可能發(fā)生定子短路、機(jī)械部件損傷等事故，因此應(yīng)重視磁極結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)。該抽水蓄能電站發(fā)電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁極絕緣托板竄出問(wèn)題的分析與解決方案，為今后發(fā)電電動(dòng)機(jī)磁極的設(shè)計(jì)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為蓄能機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了更可靠的保證。