仝紅麗，李興邦

(1． 黑龍江哈電多能水電開發(fā)有限責任公司，哈爾濱 150040；2． 哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱 150040)

0 引言

抽水蓄能電站被稱為水電“皇冠上的明珠”。廣東某抽蓄電站地處湛江中部，電站地下廠房安裝6臺單級立軸可逆混流式機組，總裝機容量2 400 MW。電站屬700 m高水頭大容量純抽蓄電站，在廣東電網(wǎng)中承擔調峰、填谷、調頻及緊急事故備用等任務。

該蓄能電站機組磁軛共有10段整圓環(huán)鍛件，每段磁軛高度350 mm，每段磁軛間有通風溝，高度75 mm。磁軛整體安裝后，多段磁軛通過拉緊螺桿牢靠固緊成為一個整體，降低磁軛殘余變形，并采用通風溝加工定位止口等方式，保證磁軛的整體性、強度和剛度，防止機組運行過程中磁軛的松散和變形。

轉子磁軛作為磁路的一部分，也是固定磁極的結構部件，受力情況復雜。磁軛裝配質量的優(yōu)劣，會影響到機組的振動擺度，關系到機組的長期安全穩(wěn)定運行[2]。該浮動磁軛結構，在國內單機容量最大的抽蓄電站上首次應用。該抽水蓄能機組多項技術指標國際領先，標志著中國水電裝備制造行業(yè)，在超高水頭、超大容量、超高轉速的抽水蓄能機組研發(fā)、設計、制造上達到了世界最先進的水平。

哈電生產(chǎn)的發(fā)電電動機結構型式為立軸懸式封閉自循環(huán)空氣冷卻三相凸極同步發(fā)電電動機。發(fā)電電動機主要技術參數(shù)如下。

發(fā)電機工況容量：445 MVA

電動機工況出力：431 MW

發(fā)電機工況額定功率因數(shù)：0．9

電動機工況額定功率因數(shù)：0．975

發(fā)電機工況旋轉方向：俯視順時針

電動機工況旋轉方向：俯視逆時針

額定電壓UN：20 kV

額定頻率fN：50 Hz

額定轉速nN：500 r/min

飛逸轉速nN：725 r/min

相數(shù)m：3

接線方式：4Y

定轉子繞組絕緣等級：F

推力負荷：950 T

冷卻方式：全空冷

飛輪力矩GD2：≥5 150 tm2

1 浮動磁軛設計結構及優(yōu)點

1.1 浮動磁軛設計結構介紹

磁軛與轉子支架(發(fā)電機大軸)的配合設計，一般分為熱態(tài)磁軛結構和浮動磁軛結構。浮動磁軛結構的特點是分離轉速可以低些，緊量可以小些。磁軛和轉子支架在靜止時徑向為間隙配合。打鍵時磁軛不需加熱，轉子支架徑向受力小，重量可以減輕。

發(fā)電機在正常和過速運行時，浮動磁軛可以自由膨脹并與支架保持同心，對其整體性要求比徑向鍵固定的更高。對螺桿強度要求較高。螺桿孔與螺桿的間隙較大，運行時螺桿不承受剪力作用。國際上瑞典ASEA公司制造的水輪發(fā)電機轉子多采用浮動磁軛切向鍵的結構[1]。近些年東芝的浮動磁軛結構在電站運用的比較多。轉子磁軛、轉子風扇及轉軸三維圖如圖1～圖3所示。

圖1 轉子磁軛三維圖

圖2 轉子風扇三維圖

圖3 轉軸三維圖

1.2 浮動環(huán)形磁軛的結構優(yōu)點

環(huán)形磁軛相對于傳統(tǒng)扇形疊片結構而言，它的整體性和剛度較好，能承擔更大的磁極離心力，可以有效提高轉子運行的安全穩(wěn)定性。由于有較高的穩(wěn)定系數(shù)，適用于高轉速水輪發(fā)電機組和大容量抽水蓄能機組。

環(huán)形磁軛在廠內分段制作，磁軛內外圓經(jīng)數(shù)控機床精加工，提高了磁軛外圓圓度和磁軛外圓軸線直線度，保證轉子磁軛圓度的要求。使發(fā)電電動機的空氣間隙更均勻，提高了機組的運行穩(wěn)定性。現(xiàn)場只需掛裝磁軛段，通過橋機吊裝，減少現(xiàn)場疊片工作量。

轉子高速旋轉運行時，單位時間內應力交變次數(shù)多，交變力幅值大，磁軛、磁極本身承受的離心力較大，采用環(huán)形磁軛結構能較好解決疲勞問題。環(huán)形磁軛消除了疊片磁軛片間移動及殘余變形問題，可忽略不平衡磁拉力引起的磁軛的橢圓變形。

浮動磁軛轉子支架受力簡單，沒有轉子支架靜止工況下熱加電的應力，可降低轉子支架的材料等級。不但可以簡化設計、提高轉子支架和磁軛的設計水平和質量，而且還可以節(jié)約材料和安裝周期。

在轉子磁軛具有足夠的剛度，磁軛副鍵數(shù)量合適的前提下，在圓周方向上設置成對的楔形鍵。在這種輻射型布置的多對磁軛副鍵的限制下，機組運行時磁軛只能同心伸縮。機組停機冷態(tài)下轉軸和磁軛不受徑向力。這種磁軛副鍵結構簡單，現(xiàn)場組裝方便。

浮動磁軛打鍵時不需加熱，沒有安裝加熱設備(加熱板、溫控設施等)需求和保溫設備(苫布等)及措施，相應減少裝配工時。工作效率高，零部件便于拆卸裝配，工藝過程易控制，質量易保證。

（2）大縱坡橋梁應該結合工程的實際情況，選擇合適的施工位置，并且根據(jù)曲線行駛的特點來實施分聯(lián)布置縮短尺寸。

2 現(xiàn)場疊裝要點及注意事項

傳統(tǒng)的疊片式磁軛被環(huán)形磁軛代替，盡管極大地減少了工地磁軛疊裝工序及工作量，但是對環(huán)形磁軛的加工精度要求高，對磁軛安裝要求更高。磁軛整體偏心值不大于0.1 mm；磁軛圓柱度不大于0.5 mm。磁軛裝配過程如下：

(1) 立轉軸并調整，安裝轉子測圓架。將轉軸立起吊入轉子安裝機坑，在轉軸法蘭保護工具與基礎鋼板間加薄墊片。調試所有支墩，確定支墩高度，并用水準儀調整支墩的高度使其都在調整范圍內。拆卸和安裝測量臂和配重臂時注意避免徑向受力。

(2) 第一、二段磁軛段安裝、調整。與常規(guī)磁軛疊裝不同，磁軛段從轉子支架上部向下吊裝，第一段磁軛安裝很關鍵，是疊裝的基準。將下風扇與第一段磁軛組裝在一起，每次驗收前均需對轉子測圓架進行復測。

用磁軛吊裝工具將磁軛段和風扇套入轉軸，套入主立筋前，復測并調整磁軛段水平。調整磁軛段的周向、徑向位置，主立筋鍵槽與凸鍵徑向、周向距離均勻。檢查磁軛段止口與掛鉤上平面的間隙。磁軛段兩側副鍵槽距離均勻，利用副鍵檢查，同樣力度楔緊。磁軛吊裝三維示意圖如圖4所示。

圖4 磁軛吊裝三維示意圖

利用磁軛段均布的3組徑向銷定位第二段磁軛下落位置。外圓T尾槽內磁極鍵配合面要進行錯牙控制，在12個磁極位置各安裝一套鴿尾定位工具精調磁軛位置，相鄰磁極位置工具分別放入左右鴿尾槽內。疊裝過程需監(jiān)測磁軛段的錯牙情況。

(3) 其余磁軛段安裝調整。相鄰兩段間利用銷釘和鴿尾定位工具定位，確保后安裝的兩段磁軛均有至少6組鴿尾定位工具定位。測量后拆除轉子測圓架測量臂和配重臂，整圓安裝12套鴿尾定位工具。其余磁軛段安裝調整如圖5所示。

圖5 其余磁軛段安裝調整圖

安裝轉子測圓架測量臂和配重臂，在測圓架測量臂上架設百分表，放置框式水平儀測量。建議每疊一段，都要進行磁軛間錯位檢查和圓度測量并計算偏心，偏心滿足后方可進行下一段疊裝。

(4) 安裝磁軛拉緊螺桿、墊圈、螺母。磁軛副鍵安裝打緊，卡鍵擋板安裝，磁軛拉緊螺桿的伸長值應符合設計要求。檢查磁軛下端拉緊螺母力矩。拆除鴿尾定位工具，在各磁極中間位置復測磁軛半徑、內外高度，并做記錄。磁軛副鍵安裝時接觸面涂二硫化鉬鋰潤滑劑。

圖6 磁軛副鍵安裝三維示意圖

磁軛需要二次打鍵。磁軛鍵二次打緊后，如磁軛鍵與擋板有間隙，磁軛副鍵用螺母鎖定。

現(xiàn)場疊裝應注意以下幾點：

(1) 各個磁軛段安裝質量很關鍵，磁軛段與段之間的調整嚴格按照工藝要求執(zhí)行。磁軛段與主立筋徑向間隙相對值不大于0.05 mm。磁極T尾鍵槽槽底、鍵槽兩側錯牙不大于0.02 mm。如果轉子磁軛段裝配質量不佳，進而引起各段磁軛鍵槽位置切向存在一定量的錯牙，會造成磁軛副鍵切向打鍵后，磁軛副鍵與磁軛鍵槽接觸面?zhèn)€別磁軛段將不能與磁軛副鍵貼緊，容易出現(xiàn)質量問題。

(2) 磁軛副鍵要進行研磨。根據(jù)《DL/T 5230—2009水輪發(fā)電機轉子現(xiàn)場裝配工藝導則》[4]要求7．11．5 2單側副鍵的浮動鍵結構，檢查支臂側的側間隙和徑向間隙應符合設計要求，并使其徑向面與磁軛緊貼，初步打入磁軛側的左右副鍵進行定位。

各類型浮動鍵的副鍵裝入后，檢查、調整其楔入深度應與中心鍵等長，并著色檢查(紅丹粉)及處理副鍵與中心鍵、支臂或磁軛，配合面的接觸面積達70%以上。使用3 kg左右的大錘將副鍵打緊，并按設計要求進行點焊或鎖固定位。磁軛副鍵打入深度應注意緊量一致。

打緊磁軛副鍵的關鍵有兩點。一是檢查是否打緊的主要標志是大錘用力錘擊時，磁軛副鍵不再向下進行位移。二是磁軛副鍵接觸面涂紅丹粉，拔出檢查磁軛副鍵與磁軛凸鍵、磁軛和轉子支架的接觸面積，必須大于配合面接觸面積的70%。如不滿足應對磁軛副鍵進行研配。

與其他轉子熱加墊打鍵的機組不同，浮動磁軛的磁軛副鍵裝配已是機組安裝質量的最后一道屏障，如果磁軛副鍵的緊度不足勢必影響機組的長期安全穩(wěn)定運行。福建某電站由于轉子磁軛裝配質量不佳、磁軛副鍵和磁極鍵未打緊造成轉子磁軛和磁極沖片發(fā)生斷裂。相對于40年的機組設計壽命，機組僅運行了15年時間就達到了生命周期末年。

(3) 二次打鍵。只要超過分離轉速就要對磁軛副鍵、磁極鍵進行打緊。在過速試驗、甩50%、75%、100%負荷試驗之后都要打緊磁軛副鍵(熱態(tài)下)。根據(jù)《DL/T 507—2014水輪發(fā)電機組啟動試驗規(guī)程》[5]要求：6．5．5過速試驗停機后應進行如下檢查：全面檢查發(fā)電機轉動部分，如轉子磁軛鍵、磁極鍵、阻尼環(huán)及磁極引線、磁軛壓緊螺桿等有無松動或移位。

3 結論

廣東某抽蓄電站轉子浮動磁軛的疊裝工作極為重要，如果轉子磁軛裝配質量不佳、磁軛副鍵與凸鍵、磁軛段的接觸面積不滿足設計要求，就可能出現(xiàn)與巴基斯坦某電站4#機甩負荷后振擺不能恢復[6]、廣東某抽水蓄能電站轉子動平衡過程中相位不穩(wěn)[7]和湖北某電站發(fā)電機轉子支架環(huán)板變形[8]等類似問題。

本文通過對廣東某抽水蓄能電站發(fā)電電動機轉子浮動磁軛安裝要點及注意事項的介紹，對現(xiàn)場安裝有指導意義，避免磁軛裝配質量不佳影響機組安全穩(wěn)定運行。對其它抽蓄及常規(guī)高轉速電站轉子磁軛疊裝工作具有一定的借鑒作用。