汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心損傷淺析及實(shí)例修復(fù)

柳　菲

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱　150040)

汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心損傷淺析及實(shí)例修復(fù)

柳菲

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150040)

摘要：定子鐵心是發(fā)電機(jī)定子的重要組成部分，構(gòu)成了發(fā)電機(jī)的主磁路，同時(shí)支撐和固定定子繞組，使其承載負(fù)荷電流。針對(duì)山東省某火力發(fā)電廠定子鐵心斷齒事故，實(shí)例分析了定子鐵心損傷的原因，定子鐵心斷齒的成因和修復(fù)方案，對(duì)發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)、制造、維護(hù)人員提供一定的參考和指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：鐵心損傷分析；鐵心斷齒；鐵心修復(fù)

0引言

作為發(fā)電機(jī)主磁通的主要磁路，定子鐵心選用導(dǎo)磁性能優(yōu)良，磁損耗小的矽鋼片涂漆后疊壓組成，各沖片之間互相絕緣，是防止在主磁通感應(yīng)下通過(guò)不應(yīng)出現(xiàn)的電流。同時(shí)，定子鐵心無(wú)法回避磁滯損耗和渦流損耗，使定子鐵心本身發(fā)熱，因此在定子鐵心結(jié)構(gòu)中，距離一定數(shù)量的鐵心段就需要增加通風(fēng)溝，用來(lái)幫助鐵心散熱。

1定子鐵心損傷分析

表面上，定子鐵心是靜止不動(dòng)的鐵磁體。實(shí)際上，鐵心在運(yùn)行中承受諸多外力的作用，如自身的重力、負(fù)荷電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)子磁拉力、端部漏磁等。定子鐵心本身受基頻振動(dòng)和倍頻振動(dòng)的影響，特別是倍頻振動(dòng)，不僅振幅大而且與負(fù)荷、定子質(zhì)量等因素密切相關(guān)。

常見(jiàn)的鐵心損傷有下列幾種：

1.1鐵心松動(dòng)

對(duì)老舊機(jī)組來(lái)說(shuō)，鐵心的松動(dòng)絕大部分是由于運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，矽鋼片表面絕緣損壞，沖片之間因?yàn)闆](méi)有摩擦力、出現(xiàn)相互移動(dòng)造成的。對(duì)新機(jī)組而言，大多是由于沖片組裝過(guò)程中，裝壓工藝不夠完善造成,例如:

a) 裝壓時(shí)分段冷壓后沒(méi)有進(jìn)行熱壓；

b) 裝壓時(shí)熱壓溫度和時(shí)間不夠；

c) 裝壓時(shí)鐵心受力不均；

d) 沖片上絕緣漆膜厚度不均勻，偏差過(guò)大。

上述問(wèn)題造成鐵心局部厚度增加，增厚部分受力過(guò)大，使絕緣漆膜損壞，短期內(nèi)無(wú)法發(fā)現(xiàn)，投運(yùn)數(shù)年后逐漸暴露出來(lái)。

1.2鐵心齒部沖片折斷

定子鐵心在發(fā)電機(jī)交變磁場(chǎng)作用下，會(huì)產(chǎn)生基頻，受到轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的作用，會(huì)產(chǎn)生橢圓變形的倍頻振動(dòng)。當(dāng)鐵心已經(jīng)松動(dòng)時(shí)，這種振動(dòng)反映會(huì)伴隨著噪音更加強(qiáng)烈，松動(dòng)的沖片因?yàn)殚L(zhǎng)期振動(dòng)，導(dǎo)致金屬疲勞斷裂，進(jìn)而導(dǎo)致定子繞組磨損，擊穿。

1.3鐵心過(guò)熱

鐵心松動(dòng)后進(jìn)一步發(fā)發(fā)展為鐵心過(guò)熱，鐵心松動(dòng)會(huì)引發(fā)沖片振動(dòng)，進(jìn)一步加劇沖片漆膜損傷，使沖片之間導(dǎo)體連通。如果在沖片沖剪、清理毛刺等工藝過(guò)程中，毛刺清除不徹底，裝壓后沖片邊緣形成回路。在強(qiáng)大交變磁通感應(yīng)下，產(chǎn)生有害的短路電流并發(fā)熱，同時(shí)與鐵心正常損耗發(fā)熱相互累加，形成鐵心局部過(guò)熱。

1.4定子繞組絕緣老化或者絕緣局部缺陷

導(dǎo)致機(jī)組內(nèi)某一點(diǎn)對(duì)地短路時(shí)，接地點(diǎn)電流以弧光形式產(chǎn)生，這種情況對(duì)鐵心危害很大，電弧的高溫會(huì)瞬間使鐵心燒出溶坑。故障位置一般多在槽內(nèi)，特別是在邊端的槽口附近。

2定子鐵心實(shí)例修復(fù)

2009年山東省某火力發(fā)電廠一臺(tái)水氫冷300 MW汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)生定子鐵心損傷事故，造成發(fā)電機(jī)突然跳機(jī)，事故發(fā)生后，由于電廠不具備處理能力，發(fā)電機(jī)制造廠迅速前往搶修。

2.1情況分析

根據(jù)電廠檢修人員描述，發(fā)電機(jī)打開(kāi)端蓋時(shí)定子繞組端部清理出少量黃粉，說(shuō)明定子端部絕緣有磨損，定子端部的振動(dòng)情況也不好。而且本機(jī)組屬于我公司裝壓工藝優(yōu)化前的機(jī)組，長(zhǎng)期運(yùn)行后鐵心松動(dòng)的可能性很大。

由于定子鐵心內(nèi)有交變磁場(chǎng)，產(chǎn)生交變的電動(dòng)力，當(dāng)鐵心未壓緊或者壓制緊松不均勻時(shí)，這種振動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)和噪聲。如果鐵心端部局部受熱不均勻產(chǎn)生熱變形，就會(huì)導(dǎo)致沖片松動(dòng)，長(zhǎng)期運(yùn)行進(jìn)而導(dǎo)致斷齒出現(xiàn)(圖1)。

圖1　端部斷齒損傷照片

2.2修復(fù)方案步驟

由于有些鐵心的損傷點(diǎn)屬于早期階段，外觀檢查無(wú)法發(fā)現(xiàn)，但是通過(guò)鐵損試驗(yàn)，使用紅外線熱象儀可以找出潛在的損傷點(diǎn)，便于和斷齒同時(shí)處理。所以首先對(duì)事故機(jī)組先進(jìn)行鐵損試驗(yàn)，使用紅外線熱象儀找出定子堂內(nèi)其它發(fā)熱點(diǎn)并作出標(biāo)記。

潛在損傷點(diǎn)一般的處理方式是先用工具刀測(cè)試深度及范圍，撬開(kāi)沖片，清理干凈，在相鄰沖片間插入厚度為0.05 mm左右的絕緣云母片。最后在處理表面上涂抹絕緣漆覆蓋。

針對(duì)斷齒處修復(fù)，需要拆除相鄰上層線圈，將斷齒全部暴露出來(lái)，這是為了方便安裝假齒。根據(jù)端部斷齒區(qū)域制作出一個(gè)略大的假齒，安裝時(shí)進(jìn)行修配。假齒材料一般選用環(huán)氧層壓玻璃布材質(zhì)。使用絕緣的清洗液將斷齒上的油泥清理掉，進(jìn)一步清理出微粒，鐵銹等。同時(shí)將斷齒附近保護(hù)好，剪斷斷齒時(shí)要確保剪斷的斷齒全部回收，不可落入定子堂內(nèi)。然后將斷齒打磨平整(圖2)。

圖2　端部斷齒打磨照片

斷齒還要進(jìn)行電腐蝕，其中電腐蝕采用的腐蝕液為(水：工業(yè)酒精：工業(yè)用磷酸=1∶1∶3)的比例配出。電腐蝕工具為一個(gè)帶絕緣外殼的銅棒，將端部包裹石棉布，石棉布上沾滿腐蝕液，將電腐蝕工具接通直流電，在進(jìn)行電腐蝕前做好防止腐蝕液濺落的工作。慢慢將斷齒處多余的矽鋼片腐蝕掉(圖3)。

圖3　電腐蝕照片

電腐蝕后，在相鄰的齒部沖片間插絕緣云母片。再使用紅外線熱像儀進(jìn)行鐵損試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)合格無(wú)過(guò)熱點(diǎn)后加裝假齒，將假齒涂抹膠粘到斷齒和接觸的矽鋼片上(圖4)。

最后定子端部回裝，使用槽楔將假齒固定住，由于斷齒處不宜放入強(qiáng)度較大的材質(zhì)，以免使沖片折斷或者損傷沖片表面的絕緣漆。假齒一般選用環(huán)氧層壓玻璃布?jí)褐撇牧?，例?320，3242等，最后定子

圖4　裝假齒照片

鐵心噴漆處理。定子端部回裝。由于端部鐵心損傷面積小，且未影響定子繞組主絕緣，使得機(jī)組能夠快速處理恢復(fù)。

3結(jié)語(yǔ)

針對(duì)定子鐵心松動(dòng)問(wèn)題，在今后制造過(guò)程中應(yīng)該針對(duì)如下幾個(gè)方面提高重視。

1) 定子沖片應(yīng)選用收縮量小、性能穩(wěn)定的絕緣漆，例如水溶性絕緣漆。

2) 為了使鐵心壓緊力分布均勻，應(yīng)該提高通風(fēng)槽鋼的尺寸精度，例如通風(fēng)槽鋼制造由熱軋改為沖制。

3) 提高鐵心剛度，例如鐵心階梯片粘接疊裝，沖片齒部徑向槽改為斜向槽，交替方向疊裝。

4) 提高熱壓工藝，例如提高加熱溫度，增加加熱次數(shù)等。

柳菲，男，1984年生，本科，工程師，2005年畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，電器工程及其自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)在哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司產(chǎn)品設(shè)計(jì)部從事汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)工作。

作者簡(jiǎn)介：