馬海濤

（浙江北溪水電開(kāi)發(fā)有限公司，浙江溫州325000）

18MW水輪發(fā)電機(jī)磁極變形及定子鐵芯松動(dòng)原因分析和處理

馬海濤

（浙江北溪水電開(kāi)發(fā)有限公司，浙江溫州325000）

針對(duì)18MW小型立式水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極變形及定子鐵芯松動(dòng)引起的機(jī)組事故，進(jìn)行了全面細(xì)致的分析，找出磁極變形、鐵芯松動(dòng)的原因，最后從設(shè)計(jì)、制造、安裝檢修等方面對(duì)該類故障的預(yù)防和處理提出了措施和建議。

水輪發(fā)電機(jī)；轉(zhuǎn)子磁極；定子鐵芯；變形；松動(dòng)

0 引言

浙江北溪水電站位于浙江永嘉，安裝兩臺(tái)18M W高水頭豎軸混流式發(fā)電機(jī)組，機(jī)組是天津ALSTO M水電設(shè)備有限公司制造，于2001年投產(chǎn)發(fā)電。作為發(fā)電機(jī)的核心部件，定子和轉(zhuǎn)子運(yùn)行工況直接關(guān)系到發(fā)電機(jī)組能否安全穩(wěn)定工作。同樣定子和轉(zhuǎn)子部位的缺陷、故障對(duì)于檢修而言也是比較麻煩的。一旦出現(xiàn)問(wèn)題，一般都要吊轉(zhuǎn)子檢查，復(fù)雜的還要更換定子線圈，且檢修工期較長(zhǎng)。所以平時(shí)的檢修要及時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)缺陷并及時(shí)合理處理，才能保證發(fā)電機(jī)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。北溪水電站1號(hào)發(fā)電機(jī)在2005年檢修吊出轉(zhuǎn)子后發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁極下端部向外變形凸出，定子鐵芯下端部顏色發(fā)黑，部分鐵芯松動(dòng)產(chǎn)生電腐蝕、斷齒。針對(duì)這種情況我們進(jìn)行了全面檢查，從設(shè)計(jì)制造、安裝、運(yùn)行維護(hù)等方面進(jìn)行了分析和探討，提出了處理方案并進(jìn)行了實(shí)施。

1 磁極變形

1.1 磁極變形情況檢查

轉(zhuǎn)子吊出后，對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行了全面的檢查發(fā)現(xiàn)磁極下端部阻尼環(huán)有5副斷裂，10只磁極下端部均有不同程度的變形向外凸出，1號(hào)磁極下端部有一個(gè)絕緣擋塊脫落。各磁極下端部變形量數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1

這樣的變形情況直接導(dǎo)致定轉(zhuǎn)子氣隙由原來(lái)的22mm變成了接近12mm，而且變化部位不均勻且沒(méi)有規(guī)律，完全破壞了運(yùn)行中的機(jī)組動(dòng)平衡，使機(jī)組在運(yùn)行中各部位振動(dòng)變大，氣隙越小的地方發(fā)熱越厲害，使得相關(guān)部位的磁極鐵芯和定子鐵芯顏色發(fā)黑，有明顯過(guò)熱痕跡。

1.2 磁極變形原因分析及處理

由于考慮到發(fā)電機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問(wèn)題，針對(duì)該現(xiàn)象原因的分析經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)制造、安裝、運(yùn)行單位的探討認(rèn)為磁極變形可能是磁極鐵芯材質(zhì)問(wèn)題或者磁極掛裝后磁極鍵未打入到位引起，但當(dāng)時(shí)考慮檢修成本并未對(duì)該現(xiàn)象引起重視，隨后運(yùn)行中監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)該變形仍然在加劇，且導(dǎo)致下端部鐵芯電腐蝕嚴(yán)重，機(jī)組振動(dòng)越來(lái)越大。為了避免出現(xiàn)惡性后果，2011年檢修時(shí)將10只磁極全部拆除檢查，發(fā)現(xiàn)磁極鐵芯疊片嚴(yán)重扭曲變形（見(jiàn)圖1），處理方法是對(duì)磁極鐵芯返廠矯形或加工新的磁極予以更換。經(jīng)過(guò)對(duì)拆下來(lái)的磁極檢查發(fā)現(xiàn)造成該現(xiàn)象的主要原因就是磁極安裝時(shí)磁極鍵沒(méi)有打入到位造成，按要求付鍵需打入到下阻尼環(huán)過(guò)5c m左右位置。找到原因后對(duì)另一臺(tái)也有類似情況的發(fā)電機(jī)臨時(shí)性處理，即磁極鍵拆除并重新打鍵，發(fā)現(xiàn)磁極和磁軛的貼近度明顯改善。最終對(duì)于大修的1號(hào)機(jī)組更換了10只全新的磁極，重新投產(chǎn)后動(dòng)平衡試驗(yàn)結(jié)果良好，機(jī)組運(yùn)行時(shí)的震動(dòng)和擺度明顯減小。大大提高了運(yùn)行的穩(wěn)定性。

圖1 磁極鐵芯疊片發(fā)生扭曲

2 定子鐵芯松動(dòng)

2.1 定子鐵芯松動(dòng)檢查

北溪1號(hào)發(fā)電機(jī)機(jī)組2001年投產(chǎn)后的檢查性大修發(fā)現(xiàn)定子下端部鐵芯部分松動(dòng)，且松動(dòng)部位有少量電腐蝕情況，當(dāng)2005年再次檢修時(shí)，對(duì)比以前的圖像資料發(fā)現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象加劇，電腐蝕嚴(yán)重，部分硅鋼片腐爛、斷齒（見(jiàn)圖2）。由于沒(méi)有采取妥善的處理措施，發(fā)展到2011年電腐蝕嚴(yán)重的部位直接導(dǎo)致槽內(nèi)線棒絕緣損壞，定子單相接地。對(duì)拆出后故障線棒檢查發(fā)現(xiàn)在鐵芯疊片斷齒部位出現(xiàn)一個(gè)圓形坑洞，主絕緣被破壞（見(jiàn)圖3）。

圖2 定子鐵芯沖片下端部松動(dòng)、電腐蝕

圖3 定子線圈絕緣損壞

2.2 定子鐵芯松動(dòng)的主要原因分析

（1）發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)鐵芯受熱膨脹，受到附加壓力，使漆膜壓薄，加之漆膜老化收縮，使片間緊密度降低，產(chǎn)生松動(dòng)。當(dāng)鐵芯之間收縮0.3%時(shí)，鐵芯片間壓力則會(huì)降低到原始值的一半。鐵芯松動(dòng)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，使絕緣漆膜進(jìn)一步變薄，松動(dòng)進(jìn)一步加劇。

（2）壓環(huán)及壓指的強(qiáng)度不夠或材質(zhì)選擇不當(dāng)也會(huì)造成鐵芯齒部壓緊度不夠慢慢使鐵芯松動(dòng)。

（3）鐵芯兩端的齒壓板變形，壓指和通風(fēng)槽鋼變形、開(kāi)焊、脫落、折斷等也會(huì)引起鐵芯松動(dòng)，當(dāng)壓指或通風(fēng)槽鋼脫出時(shí)還會(huì)傷到項(xiàng)圈絕緣。

（4）發(fā)電機(jī)運(yùn)行中上導(dǎo)油槽甩漏油，發(fā)電機(jī)內(nèi)部長(zhǎng)期存在油污，在一定程度上加速了定子鐵芯的松動(dòng)、磨損。油的浸入減弱了定子鐵芯及風(fēng)道槽鋼的摩擦力，較多的油污進(jìn)入發(fā)電機(jī)定子鐵芯片間，硅鋼片表面的絕緣漆受到油的浸蝕，此時(shí)如果鐵芯硅鋼片間存在微小間隙，在受到交變電磁力的作用下發(fā)生振動(dòng)、摩擦，將會(huì)導(dǎo)致摩擦加劇，在一定程度上加速了原本存在輕微磨損、松動(dòng)的定子鐵芯的損壞。

2.3 定子鐵芯松動(dòng)處理

（1）鐵芯兩端松動(dòng)的處理。鐵芯兩端松動(dòng)可用不銹鋼做成楔條插入壓指與鐵芯之間，打牢后再用電焊焊牢。楔條的大小可根據(jù)壓指的形狀和尺寸及鐵芯的松動(dòng)程度確定，電焊時(shí)最好采用氬弧焊，這樣可以避免燒傷線圈。

（2）鐵芯局部齒輕微松動(dòng)的處理。修理鐵芯局部齒輕微松動(dòng)時(shí)，先用汽油將鐵芯松動(dòng)部分銹跡和油污清理干凈，再用干凈布擦拭，用尖刀片撬開(kāi)沖片，插入云母片并塞牢。刷涂配好的環(huán)氧樹(shù)脂膠粘結(jié)固化牢。有的采用浸漆的辦法也能消除松動(dòng)。

（3）鐵芯齒部損壞的處理。有的齒硅鋼片損壞處參差不齊，為防止凸出的硅鋼片繼續(xù)斷裂需對(duì)其進(jìn)行修剪，先將要更換的線圈從鐵心取出，這樣便于修剪操作。對(duì)于其它有線圈在槽內(nèi)的要修剪的齒，為便于操作可將最下一段槽楔取出。對(duì)于要斷未斷的齒將其折斷，對(duì)于凸出的硅鋼片可用剪刀進(jìn)行修剪，相鄰上下層之間凸出控制在2mm以內(nèi)。注意防止片間絕緣漆受損壞。首先清理除銹使用棉布蘸酒精慢慢擦拭清除硅鋼片損壞處的銹蝕及油污。然后片間插入絕緣墊片，硅鋼片齒部斷裂是由于片間松動(dòng)，電磁振動(dòng)所至。在片間插入絕緣墊片使硅鋼片與片之間撐緊，防止齒部振動(dòng)。

北溪1號(hào)機(jī)組定子鐵芯松動(dòng)分析為原設(shè)計(jì)使用的壓環(huán)及壓指強(qiáng)度不夠、鐵芯漆膜變薄等造成，另外由于機(jī)組上導(dǎo)油槽長(zhǎng)期甩油，大量油污加速了鐵芯的松動(dòng)，松動(dòng)幅度達(dá)5mm左右。再加上轉(zhuǎn)子磁極下端部向外凸出，使得磁隙不均勻，松動(dòng)的部位在交變電磁力的作用下產(chǎn)生電腐蝕，使得部分硅鋼片齒部斷裂腐爛。斷裂的微小碎片在油污的作用下粘著在槽口附近，慢慢的浸蝕像蟲(chóng)子一樣吃掉了線圈的絕緣，造成了定子線圈的接地故障。最終處理方法是在修剪了斷裂的鐵芯齒部后采用5mm厚的不銹鋼楔子板打入鐵芯底部焊牢在下壓指上，最后用環(huán)氧樹(shù)脂固化牢。

3 建議

為了減少運(yùn)行中發(fā)電機(jī)組定轉(zhuǎn)子部分缺陷引起的故障，應(yīng)該提高發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)制造、安裝質(zhì)量，避免發(fā)電機(jī)制造和安裝階段隱藏的缺陷遺留到生產(chǎn)過(guò)程中暴露。運(yùn)行中要加強(qiáng)對(duì)定子鐵芯溫度的監(jiān)視，并結(jié)合各部位的振動(dòng)參數(shù)、運(yùn)行中的聲音等情況綜合進(jìn)行機(jī)組狀態(tài)分析。要避免發(fā)電機(jī)上導(dǎo)油槽的內(nèi)甩油問(wèn)題，漏甩油可能使定子鐵芯松動(dòng)加劇。另外要特別注意新投產(chǎn)發(fā)電機(jī)組投運(yùn)一年后首次檢修的各項(xiàng)檢查和試驗(yàn)，并做好記錄，發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)應(yīng)及時(shí)聯(lián)系制造廠家對(duì)故障進(jìn)行細(xì)致分析，并盡早提出處理方案予以解決。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)北溪電站18M W的高水頭混流式發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)的問(wèn)題，通過(guò)故障的查找、原因的分析到提出處理方案修復(fù)，是在設(shè)計(jì)制造、機(jī)組安裝、運(yùn)行維護(hù)等方面積累經(jīng)驗(yàn)的過(guò)程。對(duì)于同類型的發(fā)電機(jī)組類似問(wèn)題的處理通過(guò)探討、交流能夠提高技術(shù)人員處理問(wèn)題的能力，針對(duì)存在的問(wèn)題能制定有效的技術(shù)措施，以確保發(fā)電機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]劉 云.水輪發(fā)電機(jī)故障處理與檢修[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2002:53-63.

[2]裴新國(guó),劉明先，蔡慶永,等.發(fā)電機(jī)定子鐵芯松動(dòng)變形的處理[J].水利水電技術(shù).1997（4）.

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1672-5387（2013）01-0035-03

2012-05-24

馬海濤（1976-），男，高級(jí)工程師，從事水電廠運(yùn)行維護(hù)及管理工作。