18MW水輪發(fā)電機(jī)磁極變形及定子鐵芯松動原因分析和處理

馬海濤

（浙江北溪水電開發(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原因分析和處理

馬海濤

（浙江北溪水電開發(fā)有限公司，浙江溫州325000）

針對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、鐵芯松動的原因，最后從設(shè)計(jì)、制造、安裝檢修等方面對該類故障的預(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

0 引言

浙江北溪水電站位于浙江永嘉，安裝兩臺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、故障對于檢修而言也是比較麻煩的。一旦出現(xiàn)問題，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。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，部分鐵芯松動產(chǎn)生電腐蝕、斷齒。針對這種情況我們進(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)子氣隙由原來的22mm變成了接近12mm，而且變化部位不均勻且沒有規(guī)律，完全破壞了運(yùn)行中的機(jī)組動平衡，使機(jī)組在運(yùn)行中各部位振動變大，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)行問題，針對該現(xiàn)象原因的分析經(jīng)過設(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該現(xiàn)象引起重視，隨后運(yùn)行中監(jiān)測發(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)組振動越來越大。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（見圖1），處理方法是對磁極鐵芯返廠矯形或加工新的磁極予以更換。經(jīng)過對拆下來的磁極檢查發(fā)現(xiàn)造成該現(xiàn)象的主要原因就是磁極安裝時(shí)磁極鍵沒有打入到位造成，按要求付鍵需打入到下阻尼環(huán)過5c m左右位置。找到原因后對另一臺也有類似情況的發(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。最終對于大修的1號機(jī)組更換了10只全新的磁極，重新投產(chǎn)后動平衡試驗(yàn)結(jié)果良好，機(jī)組運(yùn)行時(shí)的震動和擺度明顯減小。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

2.1 定子鐵芯松動檢查

北溪1號發(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，且松動部位有少量電腐蝕情況，當(dāng)2005年再次檢修時(shí)，對比以前的圖像資料發(fā)現(xiàn)松動現(xiàn)象加劇，電腐蝕嚴(yán)重，部分硅鋼片腐爛、斷齒（見圖2）。由于沒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（見圖3）。

圖2 定子鐵芯沖片下端部松動、電腐蝕

圖3 定子線圈絕緣損壞

2.2 定子鐵芯松動的主要原因分析

（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。當(dāng)鐵芯之間收縮0.3%時(shí)，鐵芯片間壓力則會降低到原始值的一半。鐵芯松動會產(chǎn)生振動，使絕緣漆膜進(jìn)一步變薄，松動進(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)也會造成鐵芯齒部壓緊度不夠慢慢使鐵芯松動。

（3）鐵芯兩端的齒壓板變形，壓指和通風(fēng)槽鋼變形、開焊、脫落、折斷等也會引起鐵芯松動，當(dāng)壓指或通風(fēng)槽鋼脫出時(shí)還會傷到項(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)部長期存在油污，在一定程度上加速了定子鐵芯的松動、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、摩擦，將會導(dǎo)致摩擦加劇，在一定程度上加速了原本存在輕微磨損、松動的定子鐵芯的損壞。

2.3 定子鐵芯松動處理

（1）鐵芯兩端松動的處理。鐵芯兩端松動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的處理。修理鐵芯局部齒輕微松動時(shí)，先用汽油將鐵芯松動部分銹跡和油污清理干凈，再用干凈布擦拭，用尖刀片撬開沖片，插入云母片并塞牢。刷涂配好的環(huán)氧樹脂膠粘結(jié)固化牢。有的采用浸漆的辦法也能消除松動。

（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。對于要斷未斷的齒將其折斷，對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，電磁振動所至。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。

北溪1號機(jī)組定子鐵芯松動分析為原設(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)油槽長期甩油，大量油污加速了鐵芯的松動，松動幅度達(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)過程中暴露。運(yùn)行中要加強(qiáng)對定子鐵芯溫度的監(jiān)視，并結(jié)合各部位的振動參數(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)甩油問題，漏甩油可能使定子鐵芯松動加劇。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

針對北溪電站18M W的高水頭混流式發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)的問題，通過故障的查找、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)的過程。對于同類型的發(fā)電機(jī)組類似問題的處理通過探討、交流能夠提高技術(shù)人員處理問題的能力，針對存在的問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:中國水利水電出版社,2002:53-63.

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

T M 312

B

1672-5387（2013）01-0035-03

2012-05-24

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