陶 攀，宋 波，尚新建，王建濤

(中廣核核電運營有限公司，深圳 518124)

0 引言

某核電站4號機在機組小修期間對無刷勵磁機進行檢查，在勵磁機定子抽出后，檢查發(fā)現22號定子線圈有開匝現象，能看到開匝裂紋處裸銅，明顯開裂有4處。開裂長度約65 mm，鼓出5 mm，導致與相鄰線圈的絕緣距離由9 mm下降至4 mm。18號定子線圈也有輕微開匝現象。據了解該型磁極在其它電站曾發(fā)生過磁極絕緣燒損事故。為確保商運后勵磁機可靠運行，需對勵磁機定子線圈開匝后絕緣情況進行檢查，并對缺陷進行修復。本文主要論述該類缺陷的檢查與修復方法。

1 該電站無刷勵磁機介紹

該電站發(fā)電機勵磁系統采用的是ALSTOM公司設計的TKJ167-45型無刷勵磁機，其部分參數如表1所示。帶旋轉二極管整流器的電樞以外轉子形式懸掛在發(fā)電機轉子端頭，靜止的磁極部分固定在無刷勵磁機靜止機座上。磁極繞組由22極66個磁極線圈串聯，每極3層線圈串聯為一組，以降低勵磁電流，每組線圈共39匝。線圈由退火的經軋制平整的矩形銅導體繞制而成，線圈匝間都用環(huán)氧玻璃纖維絕緣熱烘固化。每極的線圈內部連接后，再通過極間連接線把相鄰兩極的線圈串起來，最后通過電纜接至外部電源[1]。結構如圖1所示。

表1 勵磁機參數

圖1 勵磁機定子繞組結構

2 故障檢查分析

為進一步檢查繞組受損匝間絕緣程度，對開裂線圈進行了全面的檢查：對開裂部位的銅導體及匝間絕緣進行仔細檢查，初步判斷定子銅匝導體完整，絕緣材料平整無突起，與下層線圈絕緣距離無變化，外觀檢查無明顯短路點，如圖2所示。

圖2 勵磁機定子22號磁極線圈開匝現場照片

勵磁機定子正常情況下運行電壓低，其匝間電壓亦低，但磁極線圈與勵磁系統構成的回路，其可能因外部波動產生諧振過電壓進而導致勵磁機定子線圈絕緣薄弱處擊穿。線圈的開匝變形降低了兩組線圈間的絕緣間隙，同時線圈VPI膠的損壞以及線匝的露銅降低了線圈防異物能力，需對線圈開匝進行修復處理。在處理前，需對受損的勵磁機定子進行相關電氣檢測，以檢查磁極對地絕緣性能以及線圈匝間絕緣性能。

3 電氣檢測與開匝故障處理

修理前電氣試驗主要是檢查對地絕緣，驗證磁極對地絕緣性能以及檢測線圈匝間絕緣，驗證線圈匝間絕緣性能，該型號勵磁機定子曾在其它機組發(fā)生過磁極絕緣燒損事故[2]，故在常規(guī)的絕緣測試外，還需要進行交流耐壓試驗考核，同時針對交流耐壓試驗不通過可能造成的設備擊穿，需在試驗前做好修復預案。

修前試驗項目及結果(試驗數據參見表2～表4)：

(1) 定子線圈直流電阻測量，通過定子電纜引線測量定子線圈的直流電阻，與原出廠值進行對比，測量結果合格。

(2) 定子線圈絕緣電阻測量，用1 000 V兆歐表測量并記錄試驗數據，結果合格。

(3) 定子線圈交流耐壓試驗，試驗耐壓值為1 500 V(0.75倍出廠試驗耐壓值)，耐壓試驗1 min，試驗通過。

(4) 匝間絕緣驗證，先對22極線圈首末匝引線的測量點刮漆至露銅，然后測量磁極交流阻抗并記錄；交流阻抗合格后，用電阻焊機將受損線圈靠外側引線焊開，內側引線測量點的絕緣磨開，清理引線上的絕緣，如圖3所示。通過相同的方法處理相鄰的4個未受損線圈的引線，為驗證匝間絕緣有效性，取100 V/匝分別對上述線圈進行匝間沖擊試驗并對比波形，交流阻抗試驗滿足標準，匝間沖擊波試驗波形符合要求，匝間絕緣正常。

圖3 匝間絕緣驗證試驗圖

通過外觀檢查及電氣試驗，基本判斷本次缺陷未造成絕緣嚴重受損，但基于核電重要設備高可靠性要求以及勵磁機30年可靠壽期要求，針對該缺陷可能帶來的設備可靠性降級，仍需對開匝線圈進行修復處理，且需對可能的絕緣降級進行絕緣加強。

由于該勵磁機定子采用VPI整浸技術，若采取單獨更換開匝的22號及18號磁極線圈，可能因骨牌效應使相鄰的線圈受損進而面臨整機磁極線圈需更換的風險，受制于無線圈備件及工期，無法滿足現場要求；若采取開匝部位綁扎復型+二次整體VPI處理，因目前磁極表面已整體噴涂紅瓷漆，無法清除，在二次VPI過程中磁極表面紅瓷漆會起泡，且表面會有過多樹脂堆積，影響磁極各部位間隙。綜合考慮，電廠決定采取開匝匝間絕緣填充、開匝部位綁扎復型、受損線圈絕緣包扎方案對開匝故障進行處理。

綁扎復型：對受損區(qū)域進行整體加熱，注意控制加熱溫度，避免損傷絕緣，在熱態(tài)下先將線圈拐角處用尼龍扎帶進行臨時固定，及時用尼龍扎帶將開匝處進行綁扎復型，具體如圖4所示。

圖4 開匝線圈復型圖

匝間絕緣填充：在線圈較大縫隙開匝處塞入適配的刷膠Nomex紙，對于無法塞入Nomex紙的微小裂縫，進行刷樹脂膠填充。

絕緣包扎：采用聚酯纖維熱收縮帶半疊包2～3層在線圈開匝處，寬度長出開匝處5～10 mm，邊包絕緣邊刷樹脂膠；在聚酯纖維熱收縮帶外表面疊包聚四氟乙烯薄膜，兩邊長出聚酯纖維熱收縮帶10～20 mm；再在最外邊半疊包聚酯薄膜收縮帶3層。上述處理后進行加熱固化，并在磁極冷卻后將聚酯薄膜收縮帶和聚四氟乙烯薄膜拆除。

經上述修復后檢查，開匝縫隙填充良好，復型后線圈間間隙恢復正常，開匝部位絕緣包扎增強了該部位的抗粉塵性，整體修復效果良好。修復效果如圖5所示。

圖5 開匝線圈修復效果圖

修理后電氣試驗主要是檢查對地絕緣以及匝間絕緣性能，以驗證修復效果以及是否帶來其它損傷，修前試驗項目及結果(試驗數據參見表2)：

表2 磁極線圈直流電阻試驗值

(1) 定子絕緣電阻試驗，用1 000 V兆歐表測量并記錄試驗數據，合格。

(2) 匝間絕緣驗證，取修前一致試驗位置，用100 V/匝試驗電壓分別對線圈進行匝間沖擊試驗并對比波形，交流阻抗試驗滿足標準，匝間沖擊波試驗波形符合要求，匝間絕緣正常。

(3) 線圈直阻試驗，通過定子電纜引線測量定子線圈的直流電阻，與原出廠值進行對比，結果合格。

(4) 交流耐壓試驗，試驗耐壓值為1 500 V(0.75倍出廠試驗耐壓值)，耐壓試驗1 min，試驗通過。

表3 磁極線圈絕緣電阻、交流耐壓試驗值

表4 磁極線圈交流阻抗試驗試驗值

4 結論

勵磁機定子(磁極)線圈因其結構特征，在安裝、維修與運行過程中可能因各種原因發(fā)生開匝故障，本文故障處理所采用的絕緣評估、匝間沖擊試驗檢查以及復型、填充絕緣與烘焙處理方法，操作方便，結果可靠。截止目前，被修復后的勵磁機已安全運行三個循環(huán)。大修期間對原繞組開匝處進行檢查，發(fā)現修復部位狀態(tài)良好，各項電氣試驗數據合格，該故障處理方法值得推廣。