(1哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040；2發(fā)電設(shè)備國家工程研究中心，黑龍江哈爾濱 150040)

汽輪發(fā)電機(jī)定子端部松動(dòng)的檢修方法

侯建

(1哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040；2發(fā)電設(shè)備國家工程研究中心，黑龍江哈爾濱 150040)

根據(jù)600MW大型汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行初期定子端部出現(xiàn)松動(dòng)的問題，經(jīng)停機(jī)檢修，結(jié)果表明其固定和綁扎拉緊系統(tǒng)、特別是承擔(dān)徑向拉緊的拉緊楔塊與絕緣螺桿已經(jīng)松動(dòng)，這將導(dǎo)致災(zāi)難性后果。為了消除隱患，提出了全新的修復(fù)措施，推廣應(yīng)用到國內(nèi)其它發(fā)電站同型發(fā)電機(jī)上，運(yùn)行結(jié)果證明，效果良好，松動(dòng)現(xiàn)象不再復(fù)發(fā)。

汽輪發(fā)電機(jī)；定子端部；松動(dòng)；修復(fù)

0 引言

大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部具有復(fù)雜的、特殊的漸開線結(jié)構(gòu)形式，很像一個(gè)籃筐。當(dāng)透平發(fā)電機(jī)的容量比較大時(shí)，其定子繞組內(nèi)的電流也很大，而其端部具有既復(fù)雜又特殊的漸開線形式，使端部產(chǎn)生很大的旋轉(zhuǎn)漏磁場。這個(gè)漏磁場與定子電流相互作用，會(huì)產(chǎn)生很大的交變力，尤其是在發(fā)電機(jī)發(fā)生三相短路時(shí)，所受到的電動(dòng)力沖擊遠(yuǎn)大于額定狀態(tài)，經(jīng)常引起發(fā)電機(jī)定子繞組端部的振動(dòng)并導(dǎo)致絕緣的磨損和擊穿事故。三相繞組中的單相引線振動(dòng)及疲勞斷裂引起的電弧會(huì)損壞主絕緣，導(dǎo)致定子接地事故。這種端部振動(dòng)故障模式是汽輪發(fā)電機(jī)事故中發(fā)生率最高的[1]。

定子繞組端部的松動(dòng)及其引起的振動(dòng)問題，是半個(gè)世紀(jì)以來長期困擾全行業(yè)的一個(gè)難題。這種振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致定子繞組線圈股線、相引線和并聯(lián)環(huán)截面的疲勞斷裂、火花電弧放電、絕緣失效甚至接地短路事故。由于定子線棒綁扎絕緣帶的層數(shù)比較多，在繞組端部的串聯(lián)接頭和并聯(lián)環(huán)式相引線上，通常是不容易發(fā)現(xiàn)振動(dòng)跡象的，直到導(dǎo)體部分開裂和發(fā)生強(qiáng)迫停機(jī)事故時(shí)才會(huì)被發(fā)現(xiàn) 。國內(nèi)曾有一臺(tái)200MW定子水冷汽輪發(fā)電機(jī)就是由于定子端部振動(dòng)發(fā)展到共振的程度而導(dǎo)致絕緣磨損和擊穿、空心銅管開裂以及冷卻水泄漏的嚴(yán)重事故，已經(jīng)無法修復(fù)，只能報(bào)廢整套定子繞組并予以更新，損失很大[2]。

最近在對(duì)某發(fā)電廠首次投入運(yùn)行不久的600MW汽輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行停機(jī)檢查中發(fā)現(xiàn)，其定子端部的固定和拉緊系統(tǒng)出現(xiàn)了松動(dòng)現(xiàn)象。本文就這種情況，介紹針對(duì)這種松動(dòng)情況所采取的檢查和修復(fù)方法。

2 定子端部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1 傳統(tǒng)方式

大型透平發(fā)電機(jī)定子繞組端部的傳統(tǒng)固定方式(過去采用的)主要有以下3種：綁扎式、壓板式和澆注式。

(1)綁扎式是在繞組端部斜邊(漸開線區(qū)段)間隙內(nèi)，應(yīng)用環(huán)氧玻璃布層壓板和浸膠(中溫固化環(huán)氧粘結(jié)膠和室溫固化雙組份環(huán)氧樹脂固化膠)的適形氈墊塞緊，再用無堿玻璃絲束綁扎。這種固定方式，具有工藝簡單、操作方便、散熱通暢等優(yōu)點(diǎn)，但是它的固定強(qiáng)度有限。

(2)壓板式是在斜邊間隙內(nèi)，用環(huán)氧玻璃布層壓板和浸膠的適形氈墊塞緊，并用無堿玻璃絲束綁扎以后，可以防止軸向移動(dòng)。然后，在上層“線棒”的表面再用壓板和經(jīng)過絕緣處理的螺桿將繞組端部沿著徑向與錐形環(huán)或綁扎環(huán)固定在一起，達(dá)到徑向固定的目的。固定以前壓板與“線棒”的表面之間要墊上適形滌綸氈，以免相互接觸。這種固定方式，兼顧了綁扎式的優(yōu)點(diǎn)，固定強(qiáng)度有所提高，但是不如澆注式。

(3)澆注式是首先采用環(huán)氧玻璃布層壓板和浸膠的適形氈墊塞緊端部繞組的間隙，然后借助兩個(gè)分別置于端部繞組內(nèi)圓和外圓的工藝壓圈(內(nèi)壓圈和外壓圈)，將繞組端部夾住。再用帶有絕緣套管的螺栓將它們把合、固緊。此時(shí)可以把兩個(gè)壓圈作為擋板，以便向其中的繞組端部間隙灌注可以在室溫下24h內(nèi)固化的膠，使繞組端部成為一個(gè)堅(jiān)固的整體。以這種固定方式，具有非常高的機(jī)械強(qiáng)度。它的不足之處是通風(fēng)散熱性能相對(duì)較差，而且維修困難。

2.2 新型工藝方式

通過先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)、消化、吸收和再創(chuàng)新，應(yīng)用“故障模式與影響”分析方法進(jìn)行了層次分析計(jì)算、優(yōu)化和精確的預(yù)測(cè)，開發(fā)和應(yīng)用了一種定子繞組端部固定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新技—即支架式。與過去的大型透平發(fā)電機(jī)相比，這種新型式，包含了以前各種固定方式的優(yōu)點(diǎn)，又最大限度地克服了它們的缺點(diǎn)，是一種當(dāng)前世界上最先進(jìn)的繞組端部固定方式 。

與過去相比，采用這種新型支架式端部結(jié)構(gòu)工藝，具有以下優(yōu)點(diǎn)[2]：(1)采用浸膠玻璃絲來代替過去的壓板固定，結(jié)構(gòu)比較簡單，操作比較方便，整體性能比較可靠；(2)采用浸膠玻璃絲綁扎繞組端部的結(jié)果，增加了端部的過風(fēng)面積，提高了冷卻效率；(3)采用了專用綁扎工藝，并在綁扎以前就確定了綁繩的具體長度，這種綁繩長度的固定不變，可以避免過去經(jīng)常發(fā)生的由于人為因素而引起的松緊差別和綁扎不牢等缺陷。每個(gè)綁繩兩端都帶有的絕緣鎖扣則可以防止綁扎松開；(4) 綁扎以后，采用特殊的環(huán)氧樹脂膠來淋灑(而不是灌注)繞組端部，既可以確保端部的整體剛度，又不影響通風(fēng)散熱；(5)由于在繞組鼻端外圓處設(shè)置了永久性支撐環(huán)，可以防止鼻端所特有的扭矩作用，進(jìn)一步增大了端部的整體剛度；(6) 由于采用了剛性支架夾板并帶有軸向滑移自如的滑塊結(jié)構(gòu)，既可以提高徑向剛度，又能兼容繞組端部由于熱脹冷縮，這臺(tái)發(fā)電機(jī)定子繞組的端部由徑向可調(diào)綁環(huán)、鼻端徑向撐緊環(huán)、上下層線棒之間的充膠支撐管及適形材料等固定在大型整體錐環(huán)上，形成牢固的整體。錐環(huán)的前端搭接在鐵心端部的小撐環(huán)，以便于滑動(dòng)，錐環(huán)的外圓周與絕緣支架固定在一起，絕緣支架又通過無磁性彈簧板與定子鐵心端部的分塊壓板固定在一起，從而形成柔性連接結(jié)構(gòu)。整個(gè)定子繞組的端部最終成為沿徑向和切向?yàn)楣潭ㄊ絼傂越Y(jié)構(gòu)、而沿軸向卻是可伸縮的柔性固定結(jié)構(gòu)( 見圖1 )。

圖1定子端部結(jié)構(gòu)示意圖

這種發(fā)電機(jī)是引進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)，并經(jīng)過國內(nèi)外聯(lián)合設(shè)計(jì)和優(yōu)化，這種端部結(jié)構(gòu)理論上是不會(huì)出現(xiàn)問題的。但是它的優(yōu)越性能必須由相應(yīng)的工藝措施來保證。實(shí)際情況卻不盡人意，比如：刷膠不夠細(xì)心(該刷膠的-沒有刷)，不該刷膠的卻被滴上膠瘤，等等。

3 松動(dòng)的檢驗(yàn)方法

3.1 粉末或油污

通過目視檢查發(fā)現(xiàn)在個(gè)別可調(diào)綁環(huán)上拉緊楔塊的絕緣螺桿附近出現(xiàn)黃色粉末及其混合性油泥，表明拉緊楔塊已經(jīng)松動(dòng)。在運(yùn)行中出現(xiàn)這種松動(dòng)、振動(dòng)就會(huì)導(dǎo)致線棒絕緣表面出現(xiàn)黃色或白色粉末。它是在局部放電作用下絕緣材料粒子的產(chǎn)物， 如果與油污混合，就會(huì)形成油脂類物質(zhì)[3]。

3.2 絕緣漆顏色

仔細(xì)觀察碟形絕緣墊圈外表面覆蓋的絕緣漆是否完好。因?yàn)槎ㄗ佣瞬康慕^緣漆為紅色，如果碟形墊圈外表面不再存在紅色絕緣漆，而露出黃色的，這就說明墊圈不再處于鎖緊狀態(tài)，墊圈和螺桿可能已經(jīng)松動(dòng)。

3.3 測(cè)量間隙

應(yīng)用0.10mm塞尺測(cè)量拉緊楔塊與鞍塊之間的間隙，這種間隙沿拉緊楔塊寬度方向不能超過1/3寬度；而測(cè)量的蝶形墊圈間隙應(yīng)在1.0～1.2mm之間。如果超過這些規(guī)定，便被認(rèn)為已經(jīng)松動(dòng)。

3.4 小錘敲擊

采用小錘輕輕敲擊拉緊楔塊，其墊圈如有明顯活動(dòng)，就表明已經(jīng)松動(dòng)。

3.5 旋緊絕緣螺母

螺桿不能旋轉(zhuǎn)情況下，通過旋緊絕緣螺母來壓緊碟形絕緣墊圈，并如此反復(fù)操作3次。如果絕緣螺母與鎖緊繩之間仍然形成明顯空隙，便說明拉緊楔塊已經(jīng)松動(dòng)。

3.6 環(huán)氧樹脂粉末

拉緊楔塊與綁環(huán)、鞍塊之間以及絕緣墊圈、絕緣螺桿之間如果出現(xiàn)環(huán)氧粉末，表明已經(jīng)松動(dòng)甚至折斷[4]。

3.7 適形結(jié)構(gòu)材料

綁環(huán)與線圈之間設(shè)置的適形結(jié)構(gòu)材料不得出現(xiàn)開裂或破損情況。

3.8 配合表面

要檢查絕緣鞍塊和絕緣楔塊之間的配合表面，其接觸面不允許有滴膠、膠瘤等高點(diǎn)凸起現(xiàn)象。

3.9 涂抹石蠟

安裝拉緊楔塊時(shí)，要在螺桿螺紋、墊圈接觸面部位涂抹石蠟。預(yù)裝螺母，之后拆下螺母，重新在螺桿螺紋部位涂抹石蠟，然后再正式安裝。拉緊楔塊到位后，不應(yīng)出現(xiàn)偏斜現(xiàn)象。

3.10 墊圈間隙

把緊螺母時(shí)，要保證絕緣墊圈外緣間隙在1±0.20mm?？捎檬皱N適度敲擊拉緊楔塊大頭中間部位。如果絕緣墊圈間隙有明顯變化，就要再次把緊螺母。重復(fù)進(jìn)行上述操作，直至墊圈間隙無明顯變化而且其間隙仍在合格范圍內(nèi)為止。

4 松動(dòng)的修復(fù)方法

采取的修復(fù)措施如下

(1) 對(duì)于已磨損的絕緣螺桿，破損和折起的滑移布，與可調(diào)綁環(huán)“ 頂死 ”而無法起到支撐作用的拉緊楔塊等，采取全部更新措施[5]。

(2) 拉緊楔塊與絕緣螺桿的螺紋必須涂抹環(huán)氧樹脂膠予以固定(防松)，以免在振動(dòng)的作用下出現(xiàn)螺紋松脫，被絕緣墊圈磨損。應(yīng)將拉緊楔塊與絕緣螺桿分開刷以環(huán)氧樹脂膠處理后再予以把緊，實(shí)現(xiàn)它們之間的膠黏固定，防止松動(dòng)[2]，即使拆卸時(shí)螺桿也不能被擰動(dòng)。

(3) 通過扭矩檢測(cè)來保證所有拉緊楔塊的絕緣螺母擰緊力。

(4) 拉緊楔塊與鞍塊的配合面不得存在殘留膠。

(5) 在拉緊楔塊和鞍塊之間接觸面的間隙，不能只是處在一側(cè)[6]。如果間隙超差，可以擴(kuò)大寬度方向倒角處理。如果間隙只是在一側(cè)，就要重新選配拉緊楔塊。

經(jīng)過檢修以后，發(fā)電機(jī)重新投入運(yùn)行，狀態(tài)良好。所取得的經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)推廣到國內(nèi)其它同類型發(fā)電機(jī)上，實(shí)踐表明，同樣取得了良好效果。

5 結(jié)語

由于大型汽輪發(fā)電機(jī)定子端部受力極其復(fù)雜，結(jié)構(gòu)特殊，很難完全避免出現(xiàn)松動(dòng)、振動(dòng)。這種發(fā)電機(jī)是引進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)，經(jīng)過國內(nèi)外聯(lián)合設(shè)計(jì)和優(yōu)化，體現(xiàn)了當(dāng)今世界的先進(jìn)水平，理論上看，應(yīng)當(dāng)沒有問題。然而為了保證這種端部三維方向高難度的技術(shù)要求，必須采取精益求精的手工操作工藝來實(shí)現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)提倡工匠(國外稱為“諾浩”—know how，即“知道怎么做”) 精神。如果施工人員熟練掌握這項(xiàng)“ 技藝”—“知道怎么做”，就會(huì)減少、甚至完全避免出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象。

[1] 祁常冀.汽輪發(fā)電機(jī)故障實(shí)例與分析[M].北京：中國電力出版社，2002.

[2] 王玉田.大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部固定方法[J]. 大電機(jī)技術(shù)，2011(9)，17-21.

[3] 吳泳超.汽輪發(fā)電機(jī)定子端部綁扎松動(dòng)的處理[J]. 電力安全技術(shù)，2011(3)，29-32.

[4] 王志新.汽輪發(fā)電機(jī)端部振動(dòng)預(yù)防[J]. 大電機(jī)技術(shù)，2005(2)，2-24.

[5] 袁昌健.大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部故障分析[J]. 大電機(jī)技術(shù)，2005(8)，91-93.

[6] 周如曼.汽輪發(fā)電機(jī)組故障分析[M].北京：中國電力出版社，2002.

RepairMethodofLoosenedStatorEndofTurbineGenerator

HouJian

(1.Harbin Electric Machinery Company Limited，Harbin 150040，China；2.the national engineering research center of power generation equipment, Harbin electric co.,LTD.,Harbin, 150040)

Because looseness exists in stator end of a 600MW large-sized turbine generator during early operation, the generator is shut down to overhaul. The results show that the fixing and binding tension system, especially for the wedge and insulating screw of bearing radial tension, has loosened, this will lead to disastrous consequences. In order to eliminate hidden dangers, this paper proposes a new repair measure. It is popularized and applied to the same type of generator in other domestic power station, and the running results show that it has good effect and looseness phenomenon does not occur.

Turbine generator；stator end；looseness；restoration

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2017.05.14

TM306

B

1008-7281(2017)05-0042-003

侯建男1985年生；畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)專業(yè)，現(xiàn)在從事大型發(fā)電機(jī)開發(fā)應(yīng)用研究工作.

2017-04-23