(挂治水电厂贵州省锦屏556700)
摘要：针对一起发电机励磁引线软连接断裂事件，从励磁引线的结构、磁轭安装工艺、受力情况等方面进行了分析，指出了励磁引线软连接断裂的原因，提出了解决方案，并对励磁引线软连接的设计、安装、运行维护提出了建议，具有一定借鉴意义。
0引言
发电机是把旋转形式的机械功率转换成电功率的重要设备，根据法拉第电磁感应定律，电能的产生需要磁通的变化，即要有一个交变的磁场，产生这个磁场的电流就是发电机励磁电流。励磁系统产生的励磁电流经励磁引线接至发电机磁极，为发电机建立磁场。励磁引线的技术要求较为严苛，具体表现为：导体要具有优异的柔软性并且弯曲时不应松散；要具有良好的耐热性能、机械性能和耐腐蚀性能；要具有理想的电气性能。由于励磁引线是旋转部件，受离心力、振动影响大，同时由于设计考虑不到位、安装工艺不成熟等其他因素影响，因此在应力集中部位易发生疲劳断裂。
1励磁引线断裂情况
某电厂装设3台单机容量为50MW轴流转桨式机组，发电机型号为SF50-52/9610，额定励磁电流为871A，额定转速为115.4r/min。2017年9月14日，专业人员在#1机组停机状态下进行励磁引线定期检查时发现，发电机磁轭与转子支架间正极励磁引线在进入引风板处的“Ω”软连接铜排出现断裂（12层铜片断裂9层)，且裂纹沿横向有逐渐扩大的趋势，见图1。检查励磁引线其他部位无变形、断裂及电蚀情况，各固定螺栓无松动。
图1励磁引线断裂情况
2事件原因分析
2.1励磁引线结构分析
励磁引线由励磁滑环引出后进入风洞，经转子中心体及磁轭后接至磁极线圈。该转子中心体为圆盘式结构，励磁引线在转子中心体及磁轭上通过多组螺栓固定，见图2。转子中心体和磁轭间的励磁引线接头采用“Ω”形连接，见图3。“Ω”形连接作为一种良好的变形补偿装置，被广泛应用于高压管道及电气一次设备中，用于吸收或补偿热位移和机械位移，消除由此带来的热应力和机械应力。
2.2励磁引线软接头受力分析
对励磁引线软接头仔细检查发现，断裂部位在“Ω”形软接头靠近磁轭侧的根部，“Ω”形软接头与设计图纸比较，弯曲度明显降低，说明软接头受到径向力作用。由于软接头靠近转子中心侧有螺栓固定，且检查螺栓无任何松动变形，说明软接头所受径向力来自于磁轭侧。
机组转子中心体轮臂和磁轭间采用径切向复合磁轭键热打方式固定，热打键是通过计算磁轭径向变形相对轮臂的增量，在热状态下打入与径向变形增量相等的预紧量，依靠这种预紧量来抵消运行中的变形增量，避免机组运行时磁轭受到强大的离心力而产生径向变形。
虽然采用了磁轭键热打工艺消除了部分磁轭径向变形，但由于安装质量、机组振动、温度变化等因素的影响，磁轭径向变形并不能完全被消除，且机组转速越大，径向变形量也越大。机组从停机到额定转速运行状态，转速在0至115.4r/min的范围内变化，磁轭受到的离心力也在一个较大的范围内变化，磁轭径向变形量也随之变化。“Ω”形软接头作为变形补偿部位，承担了该变化范围很大的径向变形。同时结合励磁引线装配图2和现场软接头断裂情况分析发现，“Ω”形软接头未完全向心布置，即当磁轭发生径向变形时，同时会在软接头部位产生一个横向力，因此裂纹沿横向有逐渐扩大的趋势。
2.3励磁引线断裂原因分析
综合上述分析，导致励磁引线断裂的原因是由于机组运行过程中磁轭径向膨胀在软接头上产生了径向位移，软接头弯曲度设计不合理，未能实现位移的完全消除，同时由于软连接未向心布置，导致软接头部位产生了横向弯矩，软接头根部是应力集中部位，在机组长时间运行后发生疲劳断裂。
1.磁极铁心2.磁极线圈3.磁轭4.转子中心体
5.磁轭键6.磁极键7.励磁引线8.制动环
图2励磁引线装配图1
图3励磁引线装配图2
3事件解决方案
考虑到磁轭径向位移不能被完全消除，只能通过优化软接头尺寸及安装工艺来减少径向位移对励磁引线的影响。根据引线断裂情况，对“Ω”形软接头进行重新优化设计：加大软接头弯曲度，提高励磁引线对磁轭径向变形的补偿效果；对软接头进行向心布置，消除磁轭径向变形产生的横向力；“Ω”形软连接根部应成90°角安装，R角曲率半径为8mm，防止应力过于集中。优化后的设计见图4。
为确保软接头连接可靠，运行中不发生变形、发热等情况，在安装软接头时应注意以下几点：软接头与中心线成3.8°夹角向心布置，确保软接头不受到磁轭径向位移附加横向力；“Ω”形软连接与励磁引线连接处的电气接触面应进行搪锡处理，以避免铜排接触面处出现氧化和电化学腐蚀；使用银焊连接，确保铜排接触面接触良好，减小接触电阻；对接触面进行包绝缘处理，先半叠包P10粉云母带8层，再半叠包P11无碱玻璃丝带2层，外刷绝缘清漆，同时检查软接头对转子中心体距离≥13mm，确保引线与转子中心体间的绝缘良好。
图4励磁软连接优化图
按照优化设计后生产的“Ω”形软接头对故障部位进行了更换，运行半年后检查“Ω”形软接头外观无异常变化，引线连接牢固。
4结束语
目前，我国大容量、高转速的发电机越来越多，机组运行时磁轭受到强大的离心力作用而产生的径向变形也越来越显著。由于转子在运行中处于高速旋转状态，难以发现磁轭变形对励磁引线的影响，励磁引线一旦出现断裂，将导致发电机失磁，影响发电机的安全可靠运行。运行单位应根据设备实际运行情况对不合理的结构设计进行相应的优化，同时应在机组停机或检修时对励磁引线进行重点检查，尤其是对应力集中部位，应定期检查其形变量，提前发现并处理隐患，保证设备的安全运行。
参考文献:
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[5]李慧磊，某大型水轮发电机励磁引线烧毁事故原因分析[J].西北水电，1006-2610.2015.03.019.
作者简介：
吴德明(1974—)，男，高级工程师，多年从事电力系统电气设备维护、检修，
刘亚明(1986—)，男，助理工程师，从事电力系统电气设备维护、检修；
王清云(1989—)，男，助理工程师，从事电力系统电气设备维护、检修。
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