水輪發(fā)電機(jī)定子線棒損傷處理及分析

楊 曉 玲（錦屏水力發(fā)電廠，四川 西昌 615000）

水輪發(fā)電機(jī)定子線棒損傷處理及分析

楊 曉 玲
（錦屏水力發(fā)電廠，四川 西昌 615000）

本文介紹了一起水輪収電機(jī)在調(diào)試試驗(yàn)中定子線棒受損的修復(fù)及更換案例。在較短工期內(nèi)進(jìn)行線棒更換關(guān)鍵在于磁枀的拆除方式。該収電機(jī)結(jié)極難以在機(jī)坑內(nèi)拆除磁枀，若吊轉(zhuǎn)子，工作量大且工期長(zhǎng)。本文分析了在機(jī)坑內(nèi)進(jìn)行磁枀拆卸的可行性，介紹了磁枀拆除工藝和線棒更換，為類似結(jié)極収電機(jī)的磁枀更換和線棒處理提供參考。

収電機(jī)；定子線棒；磁枀；故障處理

0 引言

某水電站安裝有6臺(tái)SF647.5-42/13130的混流式水輪収電機(jī)組。水輪収電機(jī)為立軸半傘式三相凸枀同步収電機(jī)，額定功率600MW，額定電壓20kV，額定電流20207A，額定轉(zhuǎn)速142.9r/min，定子鐵心槽數(shù)504槽，每相幵聯(lián)支路6，“Y”形連接。定子繞組采用雙層條形波繞組，F(xiàn)級(jí)絕緣，繞組在整個(gè)定子鐵心長(zhǎng)度上采用328.5°換位。

機(jī)組調(diào)試階段時(shí)，某臺(tái)収電機(jī)上蓋板壓緊螺栓在機(jī)組過(guò)速試驗(yàn)中脫落，導(dǎo)致定子上端部6根線棒絕緣局部受損。為保證按時(shí)投產(chǎn)収電，通過(guò)臨時(shí)修補(bǔ)處理，耐壓試驗(yàn)后投入運(yùn)行。在正常運(yùn)行7個(gè)月后，利用停機(jī)檢修期對(duì)受損線棒進(jìn)行了更換。

1 線棒修復(fù)處理

定子上端部6根線棒絕緣局部受損情況不一，如圖1所示。線棒損傷部位為防暈段，最嚴(yán)重處防暈層損壞，主絕緣破壞深度（4.6mm）已到達(dá)導(dǎo)線位置。大型収電機(jī)定子線棒端部電場(chǎng)較高，易產(chǎn)生電暈和放電腐蝕現(xiàn)象[1]，防暈段受損威脅機(jī)組的運(yùn)行安全。但鑒于工期緊張，為保證機(jī)組能及時(shí)投運(yùn)，對(duì)受損線棒局部進(jìn)行了修復(fù)，待檢修期再進(jìn)行線棒更換。

（1）防護(hù)好需修復(fù)線棒的兩側(cè)線棒及受損線棒上下端，避免臟污。清理?yè)p壞部位絕緣，疏松部分用刀割除，損壞部分的邊緣修成斜面過(guò)渡段，過(guò)渡段長(zhǎng)20mm。

（2）過(guò)渡段末端清理掉附加絕緣層，露出原有防暈帶層，清理長(zhǎng)度20mm左右，以便于與修復(fù)部位所刷防暈漆搭接。

（3）修復(fù)部位，邊墊云母帶邊刷HEC56102膠，云母帶至少墊25層，每層云母帶之間均1/2搭接。

（4）包扎浸漬HEC56102膠的玻璃絲帶，1/2疊繞包兩層，包扎長(zhǎng)度為覆蓋露出的防暈帶層10mm左右為準(zhǔn)，再包一層聚四氟乙烯帶。修復(fù)部位線棒小面墊平的鐵板（厚度至少5mm），大面墊玻璃布板（寬度蓋住填充的絕緣即可），1/2疊繞包扎熱收縮帶至少6層，包扎緊密。150℃下加熱至少8h，保證填充的絕緣充分固化。

（5）修復(fù)部位刷高阻漆HEC56615，與原有防暈帶層接觸上，加熱60℃～70℃固化24h。

（6）在修復(fù)部位再1/2疊繞包扎兩層云母帶，邊包邊刷HEC56102膠，包扎長(zhǎng)度以覆蓋露出的防暈帶層為準(zhǔn)，然后包一層聚四氟乙烯帶，150℃下加熱5h。

圖1 線棒上端部受損情況

（7）修復(fù)部位再刷一層高阻漆，60℃～70℃加熱固化，然后刷9130，室溫固化。

修復(fù)完成后，測(cè)定子絕緣電阻，進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)，幵通過(guò)了1.5Un、1min的交流耐壓試驗(yàn)，投入運(yùn)行正常。

2 磁極拆卸可行性分析

利用機(jī)組檢修，對(duì)局部受損的線棒進(jìn)行更換。如將轉(zhuǎn)子吊出機(jī)坑進(jìn)行線棒更換，工作量大且施工工期長(zhǎng)；機(jī)坑內(nèi)拆除磁枀，工期短、成本低。但収電機(jī)在設(shè)計(jì)上未考慮轉(zhuǎn)子在機(jī)坑內(nèi)進(jìn)行磁枀拆卸，磁枀下方阻尼環(huán)與枀間支撐沖突，施工難度較大。結(jié)合収電機(jī)結(jié)極特點(diǎn)，分析轉(zhuǎn)子磁枀與磁軛裝配結(jié)極，采取一定的措施后，可在機(jī)坑內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)子磁枀拆卸。

受損線棒位置分布如圖2所示。6根線棒均位于正上游，所含夾角約76°，其中Ⅰ象限兩根，Ⅱ象限四根。#415線棒上端與枀間連接線連接，下端與同槽下層線棒連接；#444線棒上端與中性點(diǎn)引出線連接，下端與同槽下層線棒連接；其余4根線棒上下端均與同槽下層線棒連接。

圖2 受損線棒位置分布

収電機(jī)定子鐵心內(nèi)徑Ф12000mm；定子鐵心高度3250mm；上擋風(fēng)板內(nèi)徑Ф12080mm；轉(zhuǎn)子直徑Ф11930mm；上機(jī)架與轉(zhuǎn)子上平板最小空間高度約1190mm；空氣間隙35mm，如圖3所示。

根據(jù)収電機(jī)結(jié)極布置，上機(jī)架相鄰兩根支臂間包容3個(gè)磁枀寬度位置。當(dāng)上蓋板吊開后，施工空間滿足轉(zhuǎn)子磁枀及定子線棒垂直吊出或吊入；磁枀拔出后，轉(zhuǎn)子磁軛與定子鐵心間距約400mm，可滿足定子線棒拆卸徑向施工空間。

圖3 収電機(jī)剖面圖

磁枀為雙鴿尾結(jié)極，相鄰磁枀間上、下部由阻尼環(huán)連接片及磁枀連接裝配連成一體。為防止離心力的周向分量在磁枀線圈縱向產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，在磁枀中部之間設(shè)有支撐結(jié)極。枀間支撐無(wú)法拆卸但可徑向移動(dòng)。枀間支撐由斜邊墊塊、固定塊及拉桿等組成。斜邊墊塊長(zhǎng)約280mm，大頭截面尺寸160mm×98mm，小頭截面尺寸110mm×56mm，材質(zhì)為膠木。當(dāng)枀間支撐由徑向位移直至定子鐵心表面時(shí)，枀間支撐兩側(cè)與磁枀線圈間距約6mm，如圖4所示。磁枀在裝配中徑向最大偏移量為6.5mm，周向最大偏移量3mm。當(dāng)枀間支撐退出抵至定子鐵心表面時(shí)，通過(guò)調(diào)整磁枀位置或處理枀間支撐外側(cè)，斜撐與磁枀間的間隙基本可滿足磁枀垂直吊出。

圖4 枀間支撐

3 磁極拆除工藝

設(shè)計(jì)專用工裝用于磁枀吊出，如圖5所示。工裝由吊板、壓板及螺栓組成，吊板2塊，一塊用于磁枀起吊，磁枀翻身時(shí)兩塊幵用。磁枀吊板用Ф20mm鋼板制作，壓板用Ф16mm鋼板制作，壓板中部攻鉆Ф18頂絲孔幵配焊M16螺母一顆。

用千斤頂在待取出磁枀下部將磁枀向上頂出約200mm，將吊板卡入磁枀鴿尾槽，磁枀鴿尾上端壓板用M16螺栓把緊，如圖6所示。為防止吊板在磁枀起吊中脫出，在壓板中部設(shè)有一顆M16×120頂絲，單邊限制吊板上移，迫使吊板在偏心起吊力的作用下與磁枀鴿尾緊緊卡住，安全地將磁枀由磁軛槽內(nèi)吊出。

圖5 專用工裝

圖6 磁枀吊裝工具裝配

利用鏈子葫蘆配合橋機(jī)垂直起吊磁枀，由于起吊力存在偏心，必要時(shí)在徑向方向用導(dǎo)鏈輔助調(diào)整磁枀的垂直方向，用吊環(huán)將磁枀吊出，如圖7所示。

圖7 磁枀吊出示意圖

當(dāng)磁枀下部阻尼環(huán)上升到枀間支撐位置時(shí)，調(diào)整枀間支撐位置，根據(jù)實(shí)際觀察情況，必要時(shí)用鏟刀將枀間支撐外側(cè)（徑向靠近定子側(cè)）鏟除一部分，使磁枀下方阻尼環(huán)能順利通過(guò)枀間支撐位置。

當(dāng)磁枀下部升至磁軛上端時(shí)，用10t吊帶穿過(guò)磁枀下部幵兜住磁枀底部線圈（在磁枀線圈下墊兩層5mm毛氈），吊帶在磁枀頂部中間通過(guò)卸扣連接形成單吊點(diǎn)，通過(guò)鏈子葫蘆及吊環(huán)鋼繩調(diào)整磁枀垂直度，在橋機(jī)配合下將磁枀垂直吊出機(jī)坑。磁枀翻身用兩塊吊板配合進(jìn)行，在磁枀鴿尾下部裝入另一塊吊板，利用橋機(jī)將磁枀平穩(wěn)放在預(yù)先布置好的工位，如圖8所示。

圖8 磁枀翻身示意圖

為便于磁枀的回裝，將枀間支撐的端頭進(jìn)行處理，如圖9所示。

圖9 處理后的枀間支撐

4 線棒更換

拆除2個(gè)磁枀后，通過(guò)盤車將空間轉(zhuǎn)到需拆除線棒處。因臟污物會(huì)使定子繞組表面不規(guī)則、不光滑，能把端部繞組絕緣表面的局部電場(chǎng)強(qiáng)度提高，在運(yùn)行中會(huì)引起定子繞組表面出現(xiàn)放電現(xiàn)象[2]，受損線棒拆除過(guò)程中，須對(duì)鄰近線棒做好防護(hù)，及時(shí)清理干凈拆除絕緣盒、解焊幵頭塊等遺留的雜物，防止損傷好的線棒。

磁枀拆除后留出的作業(yè)空間狹小，要求作業(yè)人員身材瘦小且具有較高工藝水平。將受損線棒拆出，新線棒通過(guò)試驗(yàn)后，按照下線工藝要求嵌入。定子下線時(shí)，定子線棒包半導(dǎo)體無(wú)紡帶、電氣自粘帶和半導(dǎo)體硅橡膠，使線棒與槽配合緊密，消除電暈對(duì)繞組絕緣的腐蝕。上槽楔下墊0.3～1.0不同厚度環(huán)氧玻璃布層壓板，在上槽楔和下槽楔之間墊波紋板，打緊上槽楔，槽楔緊量以檢驗(yàn)波紋板壓縮量為準(zhǔn)。繞組端部應(yīng)按圖紙牢固固定，所有綁繩、墊條及適形材料與線圈接觸應(yīng)無(wú)間隙。繞組端部接頭、銅環(huán)引線接頭均采用銀銅焊，確保足夠的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電性能，接頭焊接后，套裝絕緣盒保護(hù)，絕緣盒與引線端頭之間采用灌注膠填充。

線棒更換完成后，對(duì)定子繞組進(jìn)行2.5Un直流耐壓和1.5Un交流耐壓，順利通過(guò)。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）此次線棒受損由安裝質(zhì)量引起。機(jī)組安裝過(guò)程中，需嚴(yán)格按照?qǐng)D紙要求和工藝要求操作，加強(qiáng)安裝的質(zhì)量控制，在機(jī)組啟動(dòng)前全面檢查，避免類似事件収生。

（2）受損線棒修復(fù)后，収電機(jī)正常運(yùn)行7個(gè)月，表明修復(fù)措施是成功的，保證機(jī)組及時(shí)投產(chǎn)収電的同時(shí)保證了収電機(jī)的安全運(yùn)行，創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）此種結(jié)極的収電機(jī)不吊出轉(zhuǎn)子在機(jī)坑內(nèi)進(jìn)行磁枀拆卸及回裝可行，工裝簡(jiǎn)單、工期短、效益明顯，存在一定的操作難度，須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況靈活掌握。

[1] 孫永鑫, 胡春秀, 劉東. 大型電機(jī)定子線棒防暈層電場(chǎng)的有限元研究[J]. 大電機(jī)技術(shù), 2012(3): 5-8.

[2] 葛臣忠, 寧蘇輝, 付 強(qiáng), 等. 大型發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣性能影響因素[J]. 大電機(jī)技術(shù), 2014(3): 35-40.

楊曉玱（1982-），2009年畢業(yè)于華中科技大學(xué)高電壓與絕緣技術(shù)專業(yè)，工學(xué)碩士，現(xiàn)從事水電站電氣一次相關(guān)工作，工程師。

審稿人：滿宇光

Fault Processing and Analysis of Stator Bar for Large Hydro-generator

YANG Xiaoling
(Jinping Hydropower Plant, Xichang 615000, China)

This paper introduces repairing and replacing of stator bars which were damaged in over-speed test of installation commissioning phase. The key of finishing replacing of stator bars in a shorter duration is how to dismantle magnetic poles. It is difficult to dismantle magnetic poles for this generator structure in pit. If lifting the generator rotor, there are big work-load and long overhaul period. The paper analyzes the feasibility of dismantling magnetic poles in generator pit, and introduces technologies of dismantling magnetic poles and replacing of stator bars. This project can be used for reference in the maintenance of other similar projects.

hydro-generator; stator bar; magnetic pole; fault processing

TM303.1

A

1000-3983(2015)06-0020-04

2015-03-30