江口水電站1#發(fā)電機(jī)定子鐵心竄片原因分析及處理

(國家電投集團(tuán) 重慶江口水電有限責(zé)任公司，重慶408506)

重慶江口水電站位于重慶市武隆區(qū)江口鎮(zhèn)，芙蓉江河口以上2 km處，是芙蓉江干流梯級開發(fā)中的最后一級電站。電站總裝機(jī)容量為300 MW(3×100 MW)，采用雙曲拱壩、地下式廠房布置型式。壩址控制流域面積為7 440 km2，多年平均入庫流量為152 m3/s，多年平均年徑流量47.9億 m3，設(shè)計年發(fā)電量為10.71億 kW·h。機(jī)組采用三導(dǎo)懸式結(jié)構(gòu)，水輪發(fā)電機(jī)型號為SF100-28/7650，額定功率100 MW，額定容量114.3 MV·A，效率98.39%，額定電壓13.8 kV，額定電流4 781A，額定功率因數(shù)0.875(滯后)。發(fā)電機(jī)定子內(nèi)徑6 830 mm，鐵心高度1 420 mm，定位筋84根，線槽336個。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直徑6 774 mm，高度2 200 mm，磁極28個。

1 定子鐵心竄片情況及原因分析

在1#水輪發(fā)電機(jī)組大修過程中，清洗發(fā)電機(jī)定子時，發(fā)現(xiàn)定子鐵心下端部的定子鐵心階梯片63槽線棒出槽口處松動。其中-X方向有2處十分嚴(yán)重，且第一段與第二段間通風(fēng)槽鐵心松動，壓指也有磨損現(xiàn)象，+Y、+X方向各有3處燒壞，-Y方向有2處燒壞(見圖1及圖2)。對齒壓板全部螺栓進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)大部分拉緊螺桿與螺母一起轉(zhuǎn)動，定子鐵心下沉變形、底部部分鐵心向徑向部分竄出(見圖3)，最長的竄出3～4 mm。

江口水電站水輪發(fā)電機(jī)定子鐵心主要結(jié)構(gòu)要素：鐵心固定采用穿心螺桿、定位筋壓緊，鐵心與定子機(jī)座采用雙鴿尾定位筋定位，鐵心端片采用雙組分3 543 A及3 543 B分段黏結(jié)成整體，拉緊螺桿設(shè)蝶形彈簧，拉緊螺桿絕緣采用絕緣套結(jié)構(gòu)。江口水電站水輪發(fā)電機(jī)定子竄片主要發(fā)生在定子鐵心端部，尤其是僅靠壓指的扇形片，在機(jī)組運(yùn)行時鐵心熱膨脹、停機(jī)后冷收縮的反復(fù)作用下，當(dāng)該片與壓指間的摩擦力大于該片與相鄰端片的摩擦力時，就容易發(fā)生該片不隨定子鐵心整體位移，即發(fā)生竄片。定子鐵心設(shè)計時，端片與壓指間的最大摩擦力約為0.5 MPa，因此要求端片的黏結(jié)強(qiáng)度至少要大于0.5 MPa。定子鐵心安裝過程中，有可能對端片的黏結(jié)管控不嚴(yán)格，導(dǎo)致端片間的黏結(jié)強(qiáng)度不高，在機(jī)組不斷運(yùn)行和停機(jī)過程中，交替熱脹冷縮，造成定子竄片，劃傷下層線棒絕緣。

圖1 定子鐵心損壞情況

圖2鐵心燒傷情況

圖3鐵心徑向竄片

2 處理方案

2.1 線棒拆除工藝

2.1.1 拆銅環(huán)引線和極間連接線

用防火布等材料覆蓋好定子上表面，防止灰塵和雜物落在鐵心內(nèi)。用扁鏟和平鏨沿銅環(huán)引線和極間連接線平行方向?qū)⑹职^緣剔除。用氣焊將銅環(huán)引線、極間連接線與線棒的連接板熔開。熔開過程中采用棉紗布浸冷水包繞的方式給銅環(huán)引線和極間連接線降溫，以免損傷絕緣。拆除銅環(huán)引線支架上的把合螺栓，將銅環(huán)引線整體吊出進(jìn)行防護(hù)。用氣焊將銅環(huán)引線與連接板熔開。熔開過程中采用棉紗浸冷水包繞的方式給銅環(huán)引線降溫，以免損傷絕緣。拆除全部銅環(huán)引線支架、銅環(huán)引線和極間連接線。

2.1.2 拆絕緣盒及連接塊

用毛紡布、粗布、硬布等保護(hù)好線棒端部絕緣。用防火布覆蓋好線棒周圍的鐵心，防止灰塵和雜物落在鐵心內(nèi)。用切割片沿鐵心槽方向?qū)⒔^緣盒沿兩端劈開。用扁鏟和平鏨將并頭板與線棒聯(lián)接部位環(huán)氧膠剔下。用中頻焊將連接塊中部熔開。熔開過程中采用棉紗浸冷水包繞的方式給線棒降溫，以免損傷絕緣。

2.1.3 拆上層線棒

割開綁繩，拆下?lián)躏L(fēng)板、上層線棒的斜邊墊塊、槽口墊塊。用打槽楔工具將主槽楔打出，將副楔及楔下墊條退出鐵心槽。將線棒從鐵心槽中拆出，具體步驟為：在上層線棒斜邊部分用線棒軟吊裝帶捆綁結(jié)實，拆線棒時先試著用壁紙刀沿定子槽上下輕輕劃動，剔開槽襯紙，用手沿槽內(nèi)外扳動線棒；用手無法扳動線棒的，則用撬杠和繩子輕輕撬動線棒；線棒活動后邊打邊試著用手或利用撬杠和繩子輕輕撬動配合扳出線棒。按上述步驟逐一將上層線棒拆出后，全面清理干凈上層線棒、層間墊條、斜邊墊塊、槽口墊塊等。最后按要求防護(hù)、包裝，清理干凈鐵心槽部。

2.1.4 拆下層線棒

割開下層線棒與端箍支架、線棒與斜邊墊塊的綁繩，拆下下層線棒的斜邊墊塊。首先將定子鐵心突出嚴(yán)重地方拆出5～10根定子線棒，組織人員評判線棒的損傷程度。具體拆出步驟為：在下層線棒斜邊部分用線棒軟吊裝帶捆綁結(jié)實，用手沿槽內(nèi)外扳動線棒；用手無法扳動線棒的，則用撬杠和繩子輕輕撬動線棒；線棒活動后，邊打邊試著用手扳出線棒或利用撬杠和繩子輕輕撬動配合扳出線棒，將端箍環(huán)截斷為2～3段，吊出機(jī)坑，拆除端箍支架。然后按此工藝順序的步驟逐一將下層線棒拆出，全面清理干凈下層線棒、斜邊墊塊等，按要求防護(hù)、包裝，最后將舊線棒修理或返廠。

2.2 鐵心處理工藝

2.2.1 定子鐵心檢查

檢查定子鐵心長度，作記錄。檢查定子穿心螺桿是否松動，并作記錄。全面檢查端箍、鐵塔塊等無尖角、毛刺及凸出物等。全面清理定子鐵心槽，確保無雜物。用鐵鑷子將黏附在鐵心槽壁上的半導(dǎo)體槽襯清除。在木方上纏繞粗布，上下擦拭鐵心槽。用白布清理一遍鐵心槽，檢查鐵心槽，無明顯遺留半導(dǎo)體槽襯。

2.2.2 定子鐵心處理

對槽底凸出的沖片進(jìn)行銼修處理,不要碰到槽內(nèi)其余鐵心。對于鐵心松動間隙小部位，可將松動部位徹底清理干凈，涂刷HEC51106環(huán)氧室溫固化膠，粘接成整體。端部間隙大部位，在間隙處塞環(huán)氧半導(dǎo)體層壓板或刷膠。對通風(fēng)槽鋼松動等處徹底清理干凈,用環(huán)氧膩子填充固化。對所有項號片處刷HEC56138或3543硅鋼片粘接膠。對定子穿心螺桿重新把緊至設(shè)計要求。點焊鐵心背部的最底下3張沖片，處理后的鐵心見圖4。

圖4 處理后的鐵心

2.2.3 定子鐵損試驗

處理后的定子鐵心鐵損試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 江口水電站1#機(jī)定子鐵心EL-CID磁化試驗數(shù)據(jù) mA

注：1)EL-CID局部磁化試驗設(shè)備：電壓96 V ，電流9.03 A；2)檢查標(biāo)準(zhǔn)：測量電流小于100 mA為合格；3)表中測量值為該槽各段最大值。

從表1可以看出，288槽測量值最大為80 mA，在標(biāo)準(zhǔn)值100 mA內(nèi)，表明經(jīng)處理后的鐵心鐵損試驗結(jié)果合格。

2.2.4 試驗后續(xù)工作

鐵損試驗檢查合格后，再次把緊鐵心，抽測10%定子穿心螺桿力矩值符合設(shè)計要求。

2.3 線棒重新安裝工藝

2.3.1 “一”字無磁保護(hù)片安裝

在下層線棒上下端貼“一”字無磁鋼保護(hù)片，貼好后在線棒上繞一層0.1 mm×25 mm無堿玻璃纖維帶ET100-25。一邊繞一邊涂刷HEC56102 雙組份室溫固化膠，防止定子鐵心竄片損壞線棒絕緣(見圖5)。用H31-1灰色漆標(biāo)出定子鐵心軸向中心位置線，每隔10槽標(biāo)出1個槽號，標(biāo)出引線線棒位置的槽號，自制樣板標(biāo)出線棒中心的位置線。

圖5 “一”字無磁保護(hù)片安裝位置

2.3.2 裝配電阻線圈及引線

電阻線圈刷1235低電阻半導(dǎo)體漆，但距引線頭10 mm內(nèi)不允許刷上漆，待漆干后，用250 V搖表測對地電阻應(yīng)大于2 MΩ，用惠斯頓電橋測電阻應(yīng)符合出廠合格要求(電阻值按環(huán)境溫度計算)。對地耐壓220 V 持續(xù)1 min。兩引線接頭應(yīng)錯開20 mm，接頭用錫焊牢，表面光滑平整，無尖角毛刺，以免劃破絕緣接地。引線頭必須放在通風(fēng)溝內(nèi)。將電阻線圈埋入槽底或上、下層間，綁牢后用250 V搖表測接地電阻應(yīng)大于2 MΩ，用萬用表檢查是否斷路，用惠斯頓電橋檢查是否短路。

2.3.3 裝配端箍

選擇形狀較好的下層線棒24根，每隔14槽嵌入一支線棒，在嵌入線棒前，將未浸漬的下層墊條用聚酯膠帶吊掛在槽底，用壓線工具和壓線墊條壓住線棒。按圖紙裝端箍支架，輕輕帶上螺栓，將端箍綁在絕緣支架上(端箍與支架間墊滌綸氈)，檢查端箍支架與線圈端部配合是否良好，調(diào)整后固定支架、組合端箍，同時將各環(huán)接頭連接好。

2.3.4 下層線棒嵌入

按工藝守則，將槽底墊條用聚酯膠帶吊掛在槽底部。在電阻測溫元件處斷開。線棒直線部分包半導(dǎo)體無紡布，下線間隙控制在0.1 mm以下。依定子鐵心中心線和線棒中心線為基準(zhǔn)嵌入下層線棒。兩中心線錯位應(yīng)<2 mm。用壓線工具和壓線墊條壓住線棒。每隔300 mm壓1個，按工藝守則綁扎端部，在線棒與端箍之間墊已浸漬的滌綸氈，確保線棒即靠槽底又與端箍無間隙。調(diào)整線棒端部間的間隙盡量均勻。重復(fù)上述幾項操作工藝，將全部下層線棒嵌入槽內(nèi)。

2.3.5 下層線棒耐壓試驗

下層線棒下線后進(jìn)行，試驗電壓29.2 kV，持續(xù)時間1 min，試驗合格。將線棒接頭用電話紙覆蓋好，線棒端部噴環(huán)氧脂晾干紅瓷漆兩次，在10 ℃以上時，每次晾干時間應(yīng)不少于24 h。

2.3.6 上層線棒嵌入

將墊條(滌綸氈和半導(dǎo)體玻璃布)用聚酯膠帶連接好，吊掛在槽內(nèi)已下好的下層線棒上，在電阻測溫元件處斷開。在線棒端部的上、下層間墊滌綸氈。線棒直線部分包半導(dǎo)體無紡布。

嵌入上層線棒后用工具壓牢，上、下層線棒端頭對齊。周向錯位<5 mm，軸向錯位<10 mm。按守則綁扎端部,調(diào)整斜邊間隙使其均勻。

2.3.7 裝配槽楔

墊好上層墊條，將槽楔放在適當(dāng)位置，槽楔斜墊塞進(jìn)槽楔底下1/2～1/3長度，然后用打槽楔工具，將槽楔打進(jìn)槽中，槽楔端頭對齊。用0.5 kg的小錘敲擊槽楔檢查緊度，標(biāo)準(zhǔn)是：上下兩端頭的槽楔不允許有空聲，中間每根槽楔允許1/3長度有空聲，但相鄰槽楔的空聲部位不允許是連續(xù)的。打槽楔時帶防護(hù)眼鏡，防止傷眼睛，按圖紙綁扎槽口墊塊。

2.3.8 作耐壓試驗

上、下層同時作耐壓試驗，試驗打完槽楔后進(jìn)行交流耐壓試驗，試驗電壓 28.4 kV ，持續(xù)時間1 min，試驗結(jié)果合格。

2.3.9 焊接

裝焊并頭套，按專用焊接工藝守則，采用中頻發(fā)電機(jī)組加熱，將上、下端并頭套焊好，按工藝守則裝配絕緣盒。

徹底清理并頭板。絕緣盒外表面先用電話紙包好，以便清掉流到盒上的環(huán)氧膠。線棒端頭絕緣與絕緣盒的搭接長度滿足0EA.615.225絕緣規(guī)范要求。上端絕緣盒套入線棒接頭后，調(diào)勻間隙，用環(huán)氧泥封住底口，待底口環(huán)氧泥固化后，灌入環(huán)氧樹脂膠。在下端絕緣盒內(nèi)，盛適量的環(huán)氧樹脂膠，套入并頭板上，下面用木板托著，待固化后取下木板。如果環(huán)氧膠低于盒的上平面1.5 mm應(yīng)填充滿。一次裝絕緣盒8～12個為宜。清理絕緣盒外表面。

2.3.10 裝極間連接線

按專用焊接守則裝焊極間連接線，徹底清理所有接頭，包絕緣，包一層刷一層HDJ-138膠，按圖紙裝銅環(huán)引線，用專用焊接工藝守則焊引線接頭，清理干凈后，包絕緣按0EA.615.225絕緣規(guī)范進(jìn)行。

2.3.11 質(zhì)量檢查

銅環(huán)接頭的電阻值，不大于同長母線電阻的20%，三相直流電阻平衡，任何兩相直流電阻的差值應(yīng)小于平均值的2%。

2.3.12 噴漆

鐵心表面及繞組端部噴環(huán)氧脂晾干紅瓷漆二次。噴漆前需將鐵心與壓指的接觸部位保護(hù)好，防止紅瓷漆滲入壓指和鐵心最下端沖片之間。

2.3.13 測絕緣電阻和吸收比

江口水電站長1#發(fā)電機(jī)重新下線后絕緣電阻及吸收比測量數(shù)據(jù)見表2，三相直流電阻測量見表3。

注：2 500 V·MΩ表測量；室溫23.5 ℃。

表3 江口水電站1#發(fā)電機(jī)處理后三相直流電阻測定 mΩ

注：室溫為25 ℃。

2.3.14 耐壓試驗

絕緣電阻和吸收比合格后進(jìn)行耐壓試驗。

按規(guī)范進(jìn)行直流耐壓試驗，分階段升高電壓。每階段要停留1 min，記錄泄漏電流及其變化情況。直流泄漏電流試驗見表4。按規(guī)范進(jìn)行交流耐壓試驗，見表5。

表4 江口水電站1#發(fā)電機(jī)處理后直流泄漏電流試驗數(shù)據(jù) μA

注：室溫為25 ℃。

表5 江口水電站1#發(fā)電機(jī)處理后工頻交流耐壓試驗

注：試驗電壓為20 700 V；時間為1 min。

3 處理后的效果

江口水電站1#發(fā)電機(jī)定子處理完畢，試驗合格后，開始進(jìn)行機(jī)組回裝?；匮b啟動后，機(jī)組振動、擺度滿足規(guī)范要求，先后對發(fā)電機(jī)進(jìn)行短路特性試驗、空載特性及1.5 Un匝間耐壓試驗、定相試驗、帶負(fù)荷試驗、甩負(fù)荷試驗均正常。連續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)行時定子鐵心最高溫度為80 ℃左右，線圈溫度為90 ℃左右。利用機(jī)組C修機(jī)會，對定子鐵心檢查、試驗數(shù)次，均未發(fā)現(xiàn)異常。通過處理，消除了設(shè)備隱患，保證了設(shè)備的安全運(yùn)行。