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【摘要】结合水轮发电机转子磁极连接片烧毁的实例，简述转子磁极连接片烧毁的原因，详述转子磁极连接片烧毁后修复处理的具体情况。
【关键词】水轮发电机组；转子；磁极连接片；磁极把合螺栓；处理措施
一、基本情况
某水电站位于四川省南充境内的嘉陵江干流，是嘉陵江十六级渠化开发的第八级，为河床式水电站，装有4台灯泡贯流式水轮发电机组，机组型号：SFWG37.5-52/6500，总装机容量150MW，设计水头14米。水轮发电机组由东方电机有限公司设计、制造。首台机组于2006年4月投入商业运行。电站运行多年来，严格执行运行规程及设计调试确定的技术要求，没有出现大的设备事故，然而在2011年1月12日，1号机组带负荷37.5MW运行。21：25，上位机报“1号机组欠励限制动作复归”、“转子一点接地动作”。21：27，监控系统报1号机组励磁系统过励限制动作、1号机组励磁系统强励动作、1号机组励磁过流保护动作，机组启动事故停机流程，1号机组泡头有烟雾冒出。停机检查摇测定子绝缘合格（R60"/R15"=200MΩ/20MΩ）；转子绝缘为0MΩ。进入发电机内检查，在滑环处有大量碳粉，转子进人孔平台下方挡风板上有一块60×40mm烧伤的铜块，转子支架上有一颗烧伤的磁极连接螺栓，1号磁极、51号磁极、52号磁极有不同程度烧伤。51号磁极上游端部磁极连接铜片烧断（图1），51#磁极8颗把合螺栓的螺母止动焊缝7颗出现裂纹（图2），49#磁极上游侧引出线烧断，50#磁极上游侧引出线烧伤，51号磁极、52号磁极下游端部有烧黑现象，48#、49#、50#磁极之间阻尼环连片发生挤压变形，转子支架内有部分烧伤后残留物，定子绝缘漆有划痕。电站安排1号机组进行发电机检修处理。
二、磁极连接片烧毁原因简析
定、转子吊出全面检查后，定子除清洗补绝缘漆外无其他缺陷。转子除已经烧断脱落的磁极连接片连接螺栓，其他的磁极连接片连接螺栓无松动情况，但大部分磁极连接片把合面边角均有间隙，个别连接片有6～25mm的间隙，塞入深度6～20mm，宽度10～60mm（此电站的磁极连接片连接螺栓设计为一个）。磁极连接片是由Ω型的多层薄铜片叠压制成，复核磁极连接片的材质及截面也满足设计要求。50#、51#、52#磁极上下游阻尼环连接片发现有不同程度的断裂。在检查磁极把合螺栓时发现，所有磁极的把合螺栓（共416颗）预紧力矩均达不到设计要求（设计要求的预紧力矩为1600N·m），绝大部分在设计值的一半以下，其中48号、49号、50号、51号、52号、1号磁极把合螺栓预紧力处于最低的区域，大部分螺栓的预紧力矩在310～610N·m之间。而且部分磁极把合螺栓的螺母焊缝有开裂现象。翻查1号机组的安装记录，没查到有磁极螺栓紧固力矩的相关资料。无从得知是否为安装时螺栓未按设计力矩进行紧固。磁极拆卸下来后检查发现48号、49号、50号、51号、52号、1号磁极绝缘为零，同时表面有不同程度的烧黑痕迹。另外发现每个磁极线圈托板和磁极铁芯之间均存在间隙，最大间隙1.05mm。存在有进异物的隐患（图3）。
根据对磁极烧损现象及转子吊出检查情况分析，此次磁极烧损故障直接原因是磁极把合螺栓预紧力矩不足。机组运行时，磁极受到周向力和径向力，在磁极把合螺栓松动的情况下，导致磁极与磁轭之间出现径向和周向的相对位移，尤其是在开停机过程中，由于机组振动增大，容易加剧它们之间的相对位移。因磁极和磁轭之间出现频繁的相对位移，导致磁极把合螺母焊缝开裂及转子磁极的极间连接片把合螺栓松动，降低了有效过流面。再加上本身磁极连接片由单螺栓连接，在连接片外圈存在接触不良的现象，进一步恶化了过流情况。在这种情况下转子磁极长时间运行，导致磁极引线片连接螺栓及连接片发热烧断，熔化的铜屑在机组内部飞溅。最终引起此次的转子磁极烧损事故。
三、处理措施
在跟厂家协商后，对机组进行如下处理，用备品磁极更换六个烧伤的磁极，同时根据发现的磁极线圈托板和磁轭之间均存在间隙的情况，对所有磁极进行了相应的处理。
1、磁极解体：利用磁极线圈起吊工具逐个分离磁极线圈和铁芯，并作好编号，检查线圈及铁芯间有无杂物，检查绝缘围板、绝缘托板有没损伤及污物。
2、磁极铁芯表面绝缘处理：仔细清理掉磁极铁芯表面上的锈蚀、油污、灰尘等。按照装配图中指定的转子绝缘规范上的有关规定，喷涂相应的绝缘漆，在喷漆过程中，应远离附近有打磨等操作导致金属粉末、灰尘等污染物飞扬的环境。
3、磁极对地绝缘装配：用干净白布或棉纱蘸丙酮，将磁极铁芯表面的灰尘等污物清理干净并晾干。先装外托板，检查外托板与磁极铁芯间的间隙，并通过加浸胶适形毡进行调节，外托板与磁极铁芯四个角的间隙，用浸渍室温固化环氧胶793的2-4mm涤纶毛毡填充满。再装上绝缘围板，绕绝缘围板根部与托板接触处打一圈硅橡胶罗纳星68。
4、套入磁极线圈：用压缩空气吹净线圈及铁芯等，将线圈、铁芯和托板相互配套，使用线圈起吊工具，将磁极线圈套入铁芯，在套入时，铁芯与线圈现对两侧的间隙应先调整相等，然后再落下。检查磁极线圈高度，如果线圈低于铁芯，需吊出磁极线圈，可在铁芯与外托板间加垫浸胶适形毡进行调节，垫后以一人1m左右长的杠杆压住线圈，测量线圈与铁芯的高度差，线圈托板在压紧状态下约高出0.2-0.3mm为宜。
5、磁极绕组密封：根据线圈与磁极铁芯间的间隙，按绝缘规范要求，用1mm的F级绝缘高强度层压玻璃布板进行填充，将线圈塞紧直至线圈不能晃动，使用硅橡胶罗纳星68将磁极线圈与磁极铁芯间的间隙封堵上。
6、磁极挂装：磁极按规范要求试验合格包括绝缘测试、直流电阻交流阻抗跟交流耐压试验。用有机溶剂清洗转子磁极螺栓表面油污，去除螺栓表面的锈斑以及毛刺等。根据磁极铁芯与托板的高差加垫，配置毛毡，采用加垫浸有793环氧室温固化胶的毛毡对磁极托板和磁轭间的间隙进行处理。按照编号对称进行转子磁极的挂装。 7、磁极螺栓紧固：磁极螺栓紧固分四次增加力矩，对称把进磁极螺栓，最终力矩为3000N·m（厂家核算后调整的扭力值），并以相反的顺序进行力矩检查，机组运行一年后检查力矩值，其力矩应在2200-3000N·m之间（厂家提供的技术要求）。
8、按图纸要求安装转子磁极极间连接线，线夹等，对有损伤的螺栓、螺母、垫圈、阻尼连接片、线夹等给于更换。并确保其紧固件锁紧。
9、按规范要求完成磁极挂装后的电气试验，清洗干净，整体喷绝缘漆。
四、结论和防范措施
通过对1号机组进行了的技术处理，已经安全运行三年多。同时分两年在2012年和2013年度检修中对所有磁极螺栓预紧力进行了复查，其中2012年检查了20个磁极共160颗螺栓，有41颗力矩下降，2013年检查其余的32个磁极共256颗螺栓，有62颗力矩下降，但力矩下降范围在设计要求之内，且螺母止动焊缝均未发现异常。另外由于1号机的磁极螺栓发生松动，在2012年度的检修时，对其他三台机组磁极把合螺栓的紧固情况分别进行了检查，也均发现有松动现象，全部均按新的扭力要求进行了紧固，并每年进行抽查，目前情况均在正常范围。由于安装单位工艺管理不够严格，4台机组的安装记录上均没查到有磁极螺栓紧固力矩的相关资料，无法判定是原来设计的紧固力矩余量不足，还是施工单位没有按照设计要求进行施工。但另外从这几年的磁极螺栓检查情况看，随着运行年限增加，部分螺栓紧固力矩会发生一定的变化。
为避免发生类似事故，电站针对磁极螺栓的紧固制定了相关的防范措施：
1.定期检查磁极把合螺栓螺母焊缝有无裂纹，磁极连接片及阻尼环连接片有无移位。
2.年度检修中将磁极把合螺栓预紧力检查作为特殊检查项目，对磁极把合力矩进行抽查，及时发现磁极把合螺栓松动现象，总结磁极把合螺栓力矩变化规律。
3.磁极螺栓把合时应加强工艺管理，采用可准确计量把合力矩的工具进行把合预紧，预紧时应按从中间向两侧的把紧顺序和逐步增大磁极螺栓力矩方式把紧磁极螺栓。
4.转子磁极把合螺栓预紧力检查工具应使用专用扭力扳手，宜采用拧紧方式进行检查。
作者简介
1.陈林（1976-），男，广东潮州人，工程师，学士，主要从事水电站电气设备安装、检修、调试工作；2.罗丽（1983-），女，四川江油人，助理工程师，主要从事水电站电气设备运行、维护工作.
【关键词】水轮发电机组；转子；磁极连接片；磁极把合螺栓；处理措施
一、基本情况
某水电站位于四川省南充境内的嘉陵江干流，是嘉陵江十六级渠化开发的第八级，为河床式水电站，装有4台灯泡贯流式水轮发电机组，机组型号：SFWG37.5-52/6500，总装机容量150MW，设计水头14米。水轮发电机组由东方电机有限公司设计、制造。首台机组于2006年4月投入商业运行。电站运行多年来，严格执行运行规程及设计调试确定的技术要求，没有出现大的设备事故，然而在2011年1月12日，1号机组带负荷37.5MW运行。21：25，上位机报“1号机组欠励限制动作复归”、“转子一点接地动作”。21：27，监控系统报1号机组励磁系统过励限制动作、1号机组励磁系统强励动作、1号机组励磁过流保护动作，机组启动事故停机流程，1号机组泡头有烟雾冒出。停机检查摇测定子绝缘合格（R60"/R15"=200MΩ/20MΩ）；转子绝缘为0MΩ。进入发电机内检查，在滑环处有大量碳粉，转子进人孔平台下方挡风板上有一块60×40mm烧伤的铜块，转子支架上有一颗烧伤的磁极连接螺栓，1号磁极、51号磁极、52号磁极有不同程度烧伤。51号磁极上游端部磁极连接铜片烧断（图1），51#磁极8颗把合螺栓的螺母止动焊缝7颗出现裂纹（图2），49#磁极上游侧引出线烧断，50#磁极上游侧引出线烧伤，51号磁极、52号磁极下游端部有烧黑现象，48#、49#、50#磁极之间阻尼环连片发生挤压变形，转子支架内有部分烧伤后残留物，定子绝缘漆有划痕。电站安排1号机组进行发电机检修处理。
二、磁极连接片烧毁原因简析
定、转子吊出全面检查后，定子除清洗补绝缘漆外无其他缺陷。转子除已经烧断脱落的磁极连接片连接螺栓，其他的磁极连接片连接螺栓无松动情况，但大部分磁极连接片把合面边角均有间隙，个别连接片有6～25mm的间隙，塞入深度6～20mm，宽度10～60mm（此电站的磁极连接片连接螺栓设计为一个）。磁极连接片是由Ω型的多层薄铜片叠压制成，复核磁极连接片的材质及截面也满足设计要求。50#、51#、52#磁极上下游阻尼环连接片发现有不同程度的断裂。在检查磁极把合螺栓时发现，所有磁极的把合螺栓（共416颗）预紧力矩均达不到设计要求（设计要求的预紧力矩为1600N·m），绝大部分在设计值的一半以下，其中48号、49号、50号、51号、52号、1号磁极把合螺栓预紧力处于最低的区域，大部分螺栓的预紧力矩在310～610N·m之间。而且部分磁极把合螺栓的螺母焊缝有开裂现象。翻查1号机组的安装记录，没查到有磁极螺栓紧固力矩的相关资料。无从得知是否为安装时螺栓未按设计力矩进行紧固。磁极拆卸下来后检查发现48号、49号、50号、51号、52号、1号磁极绝缘为零，同时表面有不同程度的烧黑痕迹。另外发现每个磁极线圈托板和磁极铁芯之间均存在间隙，最大间隙1.05mm。存在有进异物的隐患（图3）。
根据对磁极烧损现象及转子吊出检查情况分析，此次磁极烧损故障直接原因是磁极把合螺栓预紧力矩不足。机组运行时，磁极受到周向力和径向力，在磁极把合螺栓松动的情况下，导致磁极与磁轭之间出现径向和周向的相对位移，尤其是在开停机过程中，由于机组振动增大，容易加剧它们之间的相对位移。因磁极和磁轭之间出现频繁的相对位移，导致磁极把合螺母焊缝开裂及转子磁极的极间连接片把合螺栓松动，降低了有效过流面。再加上本身磁极连接片由单螺栓连接，在连接片外圈存在接触不良的现象，进一步恶化了过流情况。在这种情况下转子磁极长时间运行，导致磁极引线片连接螺栓及连接片发热烧断，熔化的铜屑在机组内部飞溅。最终引起此次的转子磁极烧损事故。
三、处理措施
在跟厂家协商后，对机组进行如下处理，用备品磁极更换六个烧伤的磁极，同时根据发现的磁极线圈托板和磁轭之间均存在间隙的情况，对所有磁极进行了相应的处理。
1、磁极解体：利用磁极线圈起吊工具逐个分离磁极线圈和铁芯，并作好编号，检查线圈及铁芯间有无杂物，检查绝缘围板、绝缘托板有没损伤及污物。
2、磁极铁芯表面绝缘处理：仔细清理掉磁极铁芯表面上的锈蚀、油污、灰尘等。按照装配图中指定的转子绝缘规范上的有关规定，喷涂相应的绝缘漆，在喷漆过程中，应远离附近有打磨等操作导致金属粉末、灰尘等污染物飞扬的环境。
3、磁极对地绝缘装配：用干净白布或棉纱蘸丙酮，将磁极铁芯表面的灰尘等污物清理干净并晾干。先装外托板，检查外托板与磁极铁芯间的间隙，并通过加浸胶适形毡进行调节，外托板与磁极铁芯四个角的间隙，用浸渍室温固化环氧胶793的2-4mm涤纶毛毡填充满。再装上绝缘围板，绕绝缘围板根部与托板接触处打一圈硅橡胶罗纳星68。
4、套入磁极线圈：用压缩空气吹净线圈及铁芯等，将线圈、铁芯和托板相互配套，使用线圈起吊工具，将磁极线圈套入铁芯，在套入时，铁芯与线圈现对两侧的间隙应先调整相等，然后再落下。检查磁极线圈高度，如果线圈低于铁芯，需吊出磁极线圈，可在铁芯与外托板间加垫浸胶适形毡进行调节，垫后以一人1m左右长的杠杆压住线圈，测量线圈与铁芯的高度差，线圈托板在压紧状态下约高出0.2-0.3mm为宜。
5、磁极绕组密封：根据线圈与磁极铁芯间的间隙，按绝缘规范要求，用1mm的F级绝缘高强度层压玻璃布板进行填充，将线圈塞紧直至线圈不能晃动，使用硅橡胶罗纳星68将磁极线圈与磁极铁芯间的间隙封堵上。
6、磁极挂装：磁极按规范要求试验合格包括绝缘测试、直流电阻交流阻抗跟交流耐压试验。用有机溶剂清洗转子磁极螺栓表面油污，去除螺栓表面的锈斑以及毛刺等。根据磁极铁芯与托板的高差加垫，配置毛毡，采用加垫浸有793环氧室温固化胶的毛毡对磁极托板和磁轭间的间隙进行处理。按照编号对称进行转子磁极的挂装。 7、磁极螺栓紧固：磁极螺栓紧固分四次增加力矩，对称把进磁极螺栓，最终力矩为3000N·m（厂家核算后调整的扭力值），并以相反的顺序进行力矩检查，机组运行一年后检查力矩值，其力矩应在2200-3000N·m之间（厂家提供的技术要求）。
8、按图纸要求安装转子磁极极间连接线，线夹等，对有损伤的螺栓、螺母、垫圈、阻尼连接片、线夹等给于更换。并确保其紧固件锁紧。
9、按规范要求完成磁极挂装后的电气试验，清洗干净，整体喷绝缘漆。
四、结论和防范措施
通过对1号机组进行了的技术处理，已经安全运行三年多。同时分两年在2012年和2013年度检修中对所有磁极螺栓预紧力进行了复查，其中2012年检查了20个磁极共160颗螺栓，有41颗力矩下降，2013年检查其余的32个磁极共256颗螺栓，有62颗力矩下降，但力矩下降范围在设计要求之内，且螺母止动焊缝均未发现异常。另外由于1号机的磁极螺栓发生松动，在2012年度的检修时，对其他三台机组磁极把合螺栓的紧固情况分别进行了检查，也均发现有松动现象，全部均按新的扭力要求进行了紧固，并每年进行抽查，目前情况均在正常范围。由于安装单位工艺管理不够严格，4台机组的安装记录上均没查到有磁极螺栓紧固力矩的相关资料，无法判定是原来设计的紧固力矩余量不足，还是施工单位没有按照设计要求进行施工。但另外从这几年的磁极螺栓检查情况看，随着运行年限增加，部分螺栓紧固力矩会发生一定的变化。
为避免发生类似事故，电站针对磁极螺栓的紧固制定了相关的防范措施：
1.定期检查磁极把合螺栓螺母焊缝有无裂纹，磁极连接片及阻尼环连接片有无移位。
2.年度检修中将磁极把合螺栓预紧力检查作为特殊检查项目，对磁极把合力矩进行抽查，及时发现磁极把合螺栓松动现象，总结磁极把合螺栓力矩变化规律。
3.磁极螺栓把合时应加强工艺管理，采用可准确计量把合力矩的工具进行把合预紧，预紧时应按从中间向两侧的把紧顺序和逐步增大磁极螺栓力矩方式把紧磁极螺栓。
4.转子磁极把合螺栓预紧力检查工具应使用专用扭力扳手，宜采用拧紧方式进行检查。
作者简介
1.陈林（1976-），男，广东潮州人，工程师，学士，主要从事水电站电气设备安装、检修、调试工作；2.罗丽（1983-），女，四川江油人，助理工程师，主要从事水电站电气设备运行、维护工作.