大型抽水蓄能電站機(jī)組定子就位調(diào)整技術(shù)研究

李 宏 澤, 呂 建 國

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610225)

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大型抽水蓄能電站機(jī)組定子就位調(diào)整技術(shù)研究

李 宏 澤, 呂 建 國

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610225)

大型抽水蓄能電站定子就位調(diào)整在機(jī)組安裝中影響到兩個指標(biāo)，即空氣間隙和定轉(zhuǎn)子磁力中心線，這兩個指標(biāo)也是機(jī)組安全穩(wěn)定運行的重要指標(biāo)之一。以溧陽抽水蓄能電站為例，詳細(xì)闡述了250 MW機(jī)組定子的調(diào)整方法及施工工藝，可供有關(guān)工程技術(shù)人員參考。

定子安裝；就位調(diào)整；發(fā)電電動機(jī)；溧陽抽水蓄能電站

1 概 述

溧陽抽水蓄能電站發(fā)電電動機(jī)組型號為SFD250-20/7500，額定轉(zhuǎn)速為300 r/min，為立軸、半傘式、三相、凸極、可逆式同步發(fā)電電動機(jī)。

定子由定子機(jī)座、定子鐵芯和定子繞組三部分組成。由于運輸條件限制，定子機(jī)座分四瓣運輸至工地，在安裝間完成機(jī)座組圓、鐵芯疊裝及繞組裝配，裝配完成后的吊裝總重量約為300 t。溧陽抽水蓄能電站定子采用斜立筋結(jié)構(gòu)，其使定子機(jī)座具有足夠的彈性，允許鐵芯同心膨脹，可減少鐵芯變形和翹曲。鐵芯采用0.5 mm厚的冷軋硅鋼片全部交錯疊制，采用分層分段壓緊法以形成一個整體、緊固的鐵芯。定子繞組為Y形接線，采用單匝、雙層、波繞組，主引線和中性點引出線絕緣均按照額定電壓設(shè)計。

2 定子就位調(diào)整的作用

定子就位調(diào)整的主要考核指標(biāo)是中心位置及安裝高程，中心位置是影響機(jī)組空氣間隙均勻的重要因素之一，空氣間隙是一項重要的電磁參數(shù)，對水輪發(fā)電機(jī)組的運行性能及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均有直接的影響，是造成電磁不平衡的重要原因。安裝高程是影響機(jī)組磁力中心線的重要因素之一，發(fā)電機(jī)的磁場在定子和轉(zhuǎn)子之間的間隙處稱為‘氣隙磁場’。在某一個位置，氣隙磁場的磁力線全部垂直于轉(zhuǎn)軸而沒有軸向分量，這個位置就稱為磁力中心線。如果磁力線有軸向分量并超過標(biāo)準(zhǔn)要求，在與水推力的相互作用下，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子就會延軸線竄動，當(dāng)竄動比較厲害時會造成機(jī)組軸承或其它部件的損害。

3 定子就位調(diào)整施工工藝

3.1 就位前準(zhǔn)備

(1) 定子吊裝前，根據(jù)水輪機(jī)座環(huán)高程，計算定子調(diào)整墊板安裝高程。墊板上表面水平允許偏差小于1 mm/m，高程允許偏差小于5 mm，中心及分布偏差小于10 mm，合格后用無收縮砂漿澆筑。

(2) 定子吊裝前，應(yīng)對地腳螺栓進(jìn)行拉伸試驗，試驗數(shù)量為螺栓總數(shù)的20%，其目的是確定設(shè)計伸長值下的壓力值，用于定子安裝完成后螺栓拉升。

(3) 定子吊裝前對螺栓非螺紋部位套氯化聚乙烯管，下部用膠帶纏緊。

(4) 用全站儀放樣出定子軸線點位，放樣的軸線點距機(jī)組的中心距離為定子鐵芯半徑，目的是快速定子就位及安裝方位滿足設(shè)計要求。

(5) 定子就位調(diào)整前，在下機(jī)架基礎(chǔ)位置搭設(shè)平臺以方便人員操作，在機(jī)坑內(nèi)搭設(shè)平衡梁。

(6) 定子吊裝前測量所埋設(shè)的基礎(chǔ)板高程，根據(jù)測量基礎(chǔ)板實測高程值計算出調(diào)整螺栓應(yīng)露出基礎(chǔ)板的長度(圖2)，目的是在定子就位前將調(diào)整螺栓按計算值調(diào)整好，以減少定子就位后定子高程的調(diào)整量X，計算公式如下：

X=(Aa-C)/1 000-δ (mm)

式中Aa為定子基礎(chǔ)板高程，單位:m；C為各頂絲預(yù)埋基礎(chǔ)板高程，單位:m；δ為基礎(chǔ)板厚度，單位:mm。

Aa=(D-B)/1 000+Az

式中Az為實測定子各基礎(chǔ)板在每個頂絲處的高程，單位:m；D為定子磁力中心線設(shè)計高程,單位:m；B為在機(jī)坑安裝時理想定子磁力中心線高程，單位:m。

3.2 內(nèi)部搭設(shè)平衡梁分析

平衡梁的作用是在定子中心調(diào)整時用于放置求心器。傳統(tǒng)的平衡梁是放置在發(fā)電機(jī)層的樓板上，用直徑較大的鋼管等型材制作而成。由于定子機(jī)坑直徑較大，平衡梁需承受自身重量及油錘重量而產(chǎn)生較小的下?lián)隙?，下?lián)隙冗^大會使油錘與油桶接觸，致使定子中心測量失誤而造成返工。傳統(tǒng)施工方法的缺點：一是型材需求量大；二是需要制作專門的調(diào)整通道；三是位置較高，安全風(fēng)險大。

內(nèi)部架設(shè)平衡梁的工藝流程是在定子吊裝前，利用下機(jī)架基礎(chǔ)二期澆筑時預(yù)埋的基礎(chǔ)板焊接平衡梁支撐及斜支撐，支撐安裝完成后安裝平衡梁，平衡梁內(nèi)徑需小于定子內(nèi)徑50 mm以上，且其中心偏差應(yīng)小于20 mm。這種施工方法的優(yōu)點：一是在定子吊裝前將求心器相對于基準(zhǔn)點調(diào)整完成，定子吊裝時能用鋼卷尺粗略調(diào)整定子中心，使定子中心偏差小于1 mm，且不影響定子吊裝并可減小定子就位后的中心調(diào)整量；二是平衡梁的長度較短，可節(jié)約材料，如溧陽抽水蓄能電站平衡梁長度為5 400 mm，采用φ100鋼管制作而成；三是不需要專門的調(diào)整通道且高度較低，安全性高。平衡梁安裝平臺安裝情況見圖1。

圖1 平衡梁、安裝平臺示意圖

3.3 定子中心的調(diào)整

在定子上、中、下三環(huán)上均勻分出16個測量點，用內(nèi)徑千分尺測量鐵芯上、中、下三環(huán)半徑值。根據(jù)測量數(shù)據(jù)計算定子圓度、相對水輪機(jī)軸上法蘭止口中心偏心及鐵芯垂直度，確定定子調(diào)整量。定子調(diào)整利用50 t千斤頂置放在定子機(jī)座與風(fēng)洞墻壁之間，強(qiáng)迫機(jī)座受力位移達(dá)到調(diào)整的目的。調(diào)整時，架設(shè)百分表進(jìn)行監(jiān)視。定子圓度超差主要是由于定子本身的橢圓度和中心偏差的存在造成的。定子橢圓度及中心偏差計算公式如下：

定子橢圓度調(diào)整值σ按下式計算：

σ=(D1-D2)/2

式中D1-D2為定子兩垂直方向直徑差。

定子中心偏差調(diào)整值e按下式計算：

e=(R1-R2)/2

式中R1-R2為同一平面兩對稱點的半徑差。

3.4 定子中心調(diào)整基準(zhǔn)分析

定子中心調(diào)整基準(zhǔn)有兩種方法：一是水輪機(jī)止漏環(huán)；二是下機(jī)架。止漏環(huán)調(diào)整中心一般是在機(jī)坑內(nèi)進(jìn)行定子鐵芯疊裝及下線時采用；下機(jī)架作為基準(zhǔn)是在下機(jī)架預(yù)裝完成后采用，利用下機(jī)架中心調(diào)整測量點為基準(zhǔn)。溧陽抽水蓄能電站根據(jù)設(shè)計圖紙及設(shè)備加工精度測量，尋求出采用水輪機(jī)軸上法蘭止口為基準(zhǔn)。經(jīng)研究，采用水輪機(jī)軸上法蘭止口為基準(zhǔn)需滿足以下條件:一是上法蘭水平偏差應(yīng)小于0.01 mm/m，則上法蘭止口中心相對止漏環(huán)偏差約為0.09 mm左右；二是轉(zhuǎn)輪相對于止漏環(huán)間隙需滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，且在定子中心調(diào)整時應(yīng)將其間隙值參與計算；三是設(shè)備廠家機(jī)加工精度保證要求。溧陽抽水蓄能電站的機(jī)組設(shè)備由哈爾濱電機(jī)廠生產(chǎn)，各項加工測量數(shù)據(jù)優(yōu)于圖紙允許偏差。水輪機(jī)軸法蘭止口為基準(zhǔn)的缺點是存在運輸時使設(shè)備產(chǎn)生變形而影響設(shè)備精度，因此，在安裝時需進(jìn)行校核。水輪機(jī)軸法蘭止口為基準(zhǔn)相對于在安裝間進(jìn)行定子疊裝及下線的優(yōu)點：一是節(jié)約工期，不受水輪機(jī)部分及下機(jī)架部分安裝的影響；二是中心可靠性高，與機(jī)組總裝時機(jī)組定中心時的偏差最小。

3.5 高程調(diào)整

定子高程測量基準(zhǔn)為推力頭上平面并考慮定子磁力中心線到轉(zhuǎn)子下法蘭的安裝高程，其關(guān)系見圖2。

圖2 高程調(diào)整示意圖

發(fā)電機(jī)定子實際安裝高程計算公式如下：

H2=L2-F1

式中H2為推力頭至定子磁力中心線距離；L2為轉(zhuǎn)子下法蘭至轉(zhuǎn)子磁力中心線的實測距離；F1為下機(jī)架承受機(jī)組自重及一半水推力所產(chǎn)生的撓度。

定子高程測量基準(zhǔn)為定子鐵芯磁力中心線。高程測量前，沿定子圓周方向均勻分出16個點，測量定子鐵芯高度，計算定子鐵芯平均高度，確定定子磁力中心線位置。

在定子鐵芯上按照所找到的定子磁力中心線位置均勻分點，根據(jù)定子磁力中心線設(shè)計高程及底環(huán)實際安裝高程調(diào)整定子磁力中心線高程，其高程差應(yīng)滿足±3 mm要求。

3.6 定子高程基準(zhǔn)分析

定子安裝高程是以底環(huán)面為基準(zhǔn)，其精度要求較高。因此，均采用銦鋼尺配合精密水準(zhǔn)儀完成高程傳遞。傳統(tǒng)的高程傳遞方法采用鋼尺、銦鋼尺及精密水準(zhǔn)儀完成。該方法的優(yōu)點是測量精度較高，能滿足施工要求；缺點：一是測量完成后需進(jìn)行復(fù)雜的計算和數(shù)據(jù)處理；二是對鋼尺需要進(jìn)行鑒定，且立式機(jī)組軸向長度大，致使鋼尺累積誤差大；三是鋼尺下懸掛重錘，存在將鋼尺拉伸的風(fēng)險，進(jìn)而增大測量誤差。

基于傳統(tǒng)方法存在以上風(fēng)險，溧陽抽水蓄能電站最終采用將水輪機(jī)軸法蘭作為高程測量基準(zhǔn)，其施工流程如下：水輪機(jī)軸安裝前，查閱廠家出廠資料并用內(nèi)徑千分尺校核軸長，水輪機(jī)軸法蘭高程即為轉(zhuǎn)輪高程與軸長之和。

以水輪機(jī)軸法蘭為基準(zhǔn)的可行性分析：

(1)立式水輪發(fā)電機(jī)組水輪機(jī)軸較長。以溧陽抽水蓄能電站為例，水輪機(jī)軸法蘭距下機(jī)架基礎(chǔ)距離為840 mm，距定子基礎(chǔ)為2 500 mm，因此，采用3 000 mm長銦鋼尺可方便進(jìn)行測量。

(2)溧陽抽水蓄能電站水輪機(jī)軸長6 720 mm，加工偏差為±0.25 mm。加工完成后，采用內(nèi)徑千分尺進(jìn)行測量，內(nèi)徑千分尺測量影響測件誤差的主要因素為溫度，而溧陽抽水蓄能電站為地下廠房，溫度一般穩(wěn)定在20 ℃左右，基本屬于恒溫狀態(tài)，因此，可消除溫度影響。溧陽抽水蓄能電站校核數(shù)值與出廠數(shù)據(jù)偏差0.03 mm，精度較高。

溧陽抽水蓄能電站采用該方法在機(jī)組總裝完成后校核轉(zhuǎn)輪高程，其與安裝時計算值相符，說明該方法可行。

4 結(jié) 語

筆者詳細(xì)闡述了定子就位調(diào)整的安裝工藝及相應(yīng)的計算方法，并創(chuàng)新使用了在定子內(nèi)部架設(shè)平衡梁、水輪機(jī)軸法蘭尋求定子中心及采用水輪機(jī)軸法蘭為基準(zhǔn)確定定子高程的新方法，其不僅保證了機(jī)組安裝質(zhì)量，還提高了機(jī)組安裝進(jìn)度。在機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電后，通過定子空氣間隙探測器測得數(shù)據(jù)反映出定子空氣間隙數(shù)據(jù)全部符合標(biāo)準(zhǔn)且數(shù)據(jù)優(yōu)良，因此，可以證明溧陽抽水蓄能電站定子就位調(diào)整方法可用，可供同類型機(jī)組使用。

[1] GB/T8564-2003，水輪發(fā)電機(jī)組安裝規(guī)范[S].

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(責(zé)任編輯：李燕輝)

2017-04-23

TV7；TV743；TV47；TV52

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1001-2184(2017)03-0051-03

李宏澤(1989-)，男，甘肅會寧人，助理工程師，從事水輪發(fā)電機(jī)組安裝測量工作；

呂建國(1986-)，男，四川巴中人，助理工程師，從事水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)工作.