淺談大型水輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯松動(dòng)和斷齒成因及預(yù)處理措施

周柯巖

（國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司白山發(fā)電廠，吉林 樺甸 132400）

大型水電廠在電力系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)調(diào)峰調(diào)頻和事故備用的重要任務(wù)，必須保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。由于水輪發(fā)電機(jī)連續(xù)多年的運(yùn)行，將導(dǎo)致定子鐵芯壓緊力逐漸減小，甚至發(fā)生松動(dòng)現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，研究水輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯松動(dòng)和斷齒原因分析及預(yù)防措施，對(duì)保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，意義重大。

1 故障概述

白山發(fā)電廠是東北電網(wǎng)最大的水電站，主要擔(dān)負(fù)調(diào)峰、調(diào)頻、事故備用及消峰填谷等生產(chǎn)任務(wù)。2005年，5號(hào)發(fā)電機(jī)進(jìn)行春季預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)409、410號(hào)線(xiàn)棒下部槽口之間有微弱放電現(xiàn)象，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)該處定子鐵芯疊片下部第一片矽鋼片向外伸長(zhǎng)20mm。分析認(rèn)為是定子鐵芯長(zhǎng)期振動(dòng)、片間絕緣層干縮、壓緊度變松、齒部振動(dòng)幅度加大，使鐵芯齒根部機(jī)械疲勞，造成鐵芯齒根部斷裂，在電磁拉力作用下，慢慢向外伸長(zhǎng)，劃傷定子絕緣，造成定子接地。對(duì)已松動(dòng)鐵芯疊片進(jìn)行緊固，對(duì)已損壞的疊片進(jìn)行處理為排除其他隱患，進(jìn)行了發(fā)電機(jī)定子鐵芯磁化試驗(yàn)，利用紅外線(xiàn)成像排查鐵芯發(fā)熱點(diǎn)，避免機(jī)組受到更大的損害，確保機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

2 定子鐵芯松動(dòng)和定子沖片斷齒的原因

2.1 材料方面的原因：（1）定子硅鋼片的原因。最早是將熱硅鋼片應(yīng)用在水輪發(fā)電機(jī)上，存在的問(wèn)題是硅鋼片尺寸大小不一，偏差大，硅鋼片的平整度較差，也不容易被壓緊等問(wèn)題。（2）硅鋼片漆的原因。在1995年前，一般應(yīng)用有機(jī)漆涂刷在硅鋼片上，作為絕緣漆使用，在壓力和溫度的作用下，會(huì)產(chǎn)生收縮現(xiàn)象。

2.2 設(shè)計(jì)方面的原因：（1）鐵芯齒壓條的剛度不夠。（2）定子鐵芯下端一般采用小齒壓板結(jié)構(gòu)，與采用大齒壓板結(jié)構(gòu)比較，鐵芯軸向剛度小。（3）硅鋼片漆存在一定的收縮性，沒(méi)有足夠的考慮到這個(gè)原因。（4）鐵芯通風(fēng)槽的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，沒(méi)有考慮到通風(fēng)流暢。（5）未充分考慮到運(yùn)行時(shí)，溫度過(guò)高條件下拉緊螺桿存在熱膨脹的問(wèn)題。（6）鐵芯齒壓板存在水平度不能滿(mǎn)足要求的問(wèn)題。

2.3 制造方面的原因：（1）硅鋼片沖剪后毛刺偏大，去除毛刺不徹底。（2）焊于齒壓板上的壓指的最終尺寸、形狀相互間存在較大差異，致使壓指剛度不一。（3）通風(fēng)槽鋼焊接時(shí)，位置尺寸不正確，焊接后變形大。（4）定位肋板尺寸偏差較大。（5）定子沖片涂漆工藝不良，漆膜收縮率增大。

2.4 組裝方面的原因：（1）下部小齒壓板相互間高程差異較大。（2）定位肋板之間的弦距偏差過(guò)大。（3）鐵芯疊片壓緊時(shí)壓不實(shí)，嚴(yán)重時(shí)由于存在波浪度，局部區(qū)域沖片層間存在間隙。

2.5 運(yùn)行方面的原因：（1）發(fā)電機(jī)經(jīng)常大容量進(jìn)相運(yùn)行使定子鐵芯端部溫度長(zhǎng)期偏高。（2）調(diào)頻、調(diào)峰要求頻繁啟停機(jī)，致使鐵芯頻繁熱脹和冷縮。

3 原因分析

3.1 拉緊螺桿的伸長(zhǎng)量未調(diào)整合適。由于定子齒壓板是通過(guò)拉緊螺桿固定的，而拉緊螺桿是靠形變產(chǎn)生作用力的，如果拉緊螺桿的伸長(zhǎng)量未調(diào)整合適，將引起壓緊力度不均勻或者不合適，嚴(yán)重時(shí)可產(chǎn)生定子鐵芯的松動(dòng)現(xiàn)象。

3.2 硅鋼片漆的原因。硅鋼片因?yàn)橥克⒂推?，將產(chǎn)生不同程度的收縮量，這種收縮量會(huì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)持續(xù)的增大，是制作商很關(guān)注的問(wèn)題，在設(shè)計(jì)硅鋼片和選擇漆的問(wèn)題上，應(yīng)充分考慮漆膜的收縮量，保證滿(mǎn)足使用要求。

3.3 拉緊螺桿的軸向熱膨脹問(wèn)題。由于定子鐵芯屬于B級(jí)絕緣，溫度一般在120℃，但是實(shí)際運(yùn)行溫度低于這個(gè)數(shù)值，如果定子鐵芯、拉緊螺桿處于可以自由膨脹的狀態(tài)，將拉緊螺桿調(diào)整到符合軸向熱膨脹的位置，將有力與維持鐵芯的壓力，拉緊螺桿處于最佳的工作狀態(tài)，會(huì)大大提高定子鐵芯的穩(wěn)定性。

4 防止定子鐵芯松動(dòng)的措施

4.1 采用F級(jí)新型硅鋼片漆。為了防止定子鐵芯松動(dòng)，應(yīng)該采用附著力更強(qiáng)、收縮率較低、表面硬度高、具有較高抗蠕變功能和無(wú)機(jī)質(zhì)含量的新型環(huán)氧硅鋼片漆，這類(lèi)漆膜可以有效加強(qiáng)定子鐵芯運(yùn)行后軸向壓緊力，不易產(chǎn)生松動(dòng)。

4.2 定子鐵芯的端部應(yīng)采取新型結(jié)構(gòu)。一般情況下，定子鐵芯的兩端與每段之間都安裝有絕緣片，這是為了隔斷鐵芯段之間產(chǎn)生的渦流，達(dá)到防止鐵芯局部產(chǎn)生過(guò)熱。如果再定子鐵芯最外段的鐵芯兩端的齒片之間使用環(huán)氧樹(shù)脂涂刷，可以有效地提高鐵芯齒部的剛度，增大鐵芯的穩(wěn)定性。

4.3 應(yīng)用通風(fēng)槽鋼的新型布置方式。將鐵芯的通風(fēng)槽板使用的小工字鋼，將鐵芯的齒部與軛部處斷開(kāi)，這樣小工字鋼在軛部處的圓周方向處于均勻的布置方式，運(yùn)行時(shí)，定子鐵芯的周向通風(fēng)、軛部壓力和溫度上升速度都有了明顯的改善。

4.4 應(yīng)用新型鐵芯疊片方法。在實(shí)踐中，對(duì)于直徑大于10m的定子鐵芯，應(yīng)采用十片一組的搭接新型疊片方法。一般常規(guī)的疊片方法是兩片一組，采用十片一組的疊片方法可以有效地降低運(yùn)行降低定子鐵芯在運(yùn)行中因熱漲所產(chǎn)生的摩擦熱應(yīng)力，可以大大提高鐵芯的抗擊運(yùn)行疲勞的能力。

4.5 應(yīng)用新型的固定定子鐵芯的結(jié)構(gòu)。以往固定定子鐵芯都采用焊接工藝，容易產(chǎn)生變形，影響了定子鐵芯的加工工藝。新型的固定工藝采用特型拉緊螺桿，同時(shí)也具有定位肋板的作用，這種工藝的優(yōu)點(diǎn)就是不用焊接，定位準(zhǔn)，有效地避免了因?yàn)槎ㄗ予F芯的溫度升高所產(chǎn)生的膨脹，導(dǎo)致間隙增大，同時(shí)也減少了定子鐵芯熱變形現(xiàn)象。

4.6 應(yīng)用高強(qiáng)度拉緊螺桿。拉緊螺桿在定子鐵芯安裝時(shí)的作用很重要，一般情況下，拉緊螺桿的變形越大，維持壓力的時(shí)間也就越長(zhǎng)，在壓力不變的情況下，采用高強(qiáng)度材料，減小拉緊螺桿的直徑，可以有效的延長(zhǎng)定子鐵芯維持壓緊的時(shí)間，大大提高定子鐵芯的穩(wěn)定程度。

4.7 應(yīng)用新型蝶形彈簧防鐵芯松動(dòng)。由于定子鐵芯長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，在熱態(tài)環(huán)境下將產(chǎn)生收縮。應(yīng)用新型蝶形彈簧木可以有效地防止定子鐵芯松動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生，保持在一定的安全壓力范圍內(nèi)運(yùn)行，大大提高定子鐵芯運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

4.8 應(yīng)用簡(jiǎn)化組裝工藝。應(yīng)用簡(jiǎn)化組裝工藝，采用導(dǎo)向鍵定位定子鐵芯，合理疊壓芯片，在機(jī)座環(huán)版安裝環(huán)形靠板，合理調(diào)整安裝間隙，將定子鐵芯準(zhǔn)確定位。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，作為電磁能量轉(zhuǎn)換的定子鐵芯，屬于發(fā)電機(jī)最關(guān)鍵的部件，分析定子鐵芯松動(dòng)和斷齒的原因，采取必要的措施，就能有效地預(yù)防此類(lèi)故障的發(fā)生，確保水力發(fā)電機(jī)組安全穩(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.

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家能源局.中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).DL/T5420-2009.水輪發(fā)電機(jī)定子現(xiàn)場(chǎng)裝配工藝導(dǎo)則[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[3]陳喬夫.電機(jī)學(xué)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2010.