發(fā)電機(jī)定子鐵心穿心螺桿絕緣工藝改進(jìn)及應(yīng)用

郭玉恒，謝 林

（二灘水力發(fā)電廠，四川 攀枝花 617000）

根據(jù)市場調(diào)查，采用噴涂絕緣漆或分段絕緣套筒的穿心螺桿，由于運(yùn)輸過程中對絕緣漆面的損傷以及其與鐵心之間形成的空間未徹底密閉，在較大的電磁力矩往復(fù)作用下和被填充的油污、鐵粉形成的潮濕環(huán)境及強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)空間內(nèi)，絕緣漆易損傷，為電回路的形成提供條件，可能造成穿心螺桿疲勞斷裂、受熱熔斷和鐵心燒熔等現(xiàn)象[1]，嚴(yán)重危及機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文主要從穿心螺桿的作用和結(jié)構(gòu)，分析了噴涂絕緣漆脫落的原因及帶來的危害，提出了采用環(huán)氧樹脂材料全通長套裝結(jié)構(gòu)絕緣套筒改進(jìn)措施，并在二灘水電站2號(hào)機(jī)組改造中得以應(yīng)用。

1 穿心螺桿作用

發(fā)電機(jī)定子鐵心一般采用0.3～0.5 mm的無取向硅鋼片疊壓而成，為了確保片間壓力滿足一定壓緊要求，保證機(jī)組在經(jīng)過長期運(yùn)行后鐵心不會(huì)松動(dòng)，工程中主要采用背部拉緊螺桿方式和穿心螺桿方式，給鐵心施加一定的壓力。即穿心螺桿的作用是在定子鐵心中向沖片施加壓力，使發(fā)電機(jī)的定子鐵心受到軸向的壓力，防止鐵心在感應(yīng)電磁轉(zhuǎn)矩和定轉(zhuǎn)子間的徑向交變磁拉力的作用下導(dǎo)致鐵心疊片振動(dòng)而造成線棒絕緣磨損破壞和疊片損壞，從而造成發(fā)電機(jī)事故。

2 穿心螺桿結(jié)構(gòu)

根據(jù)鐵心的高度及拉緊力要求，選用具有一定允許應(yīng)力和屈服力的鋼材制作而成。穿心螺桿主要由雙頭螺桿、壓力擋圈、碟簧、螺帽和絕緣墊圈組成。在螺桿上端通過碟簧與壓力擋圈配合來保證彈性壓緊效果并實(shí)現(xiàn)螺桿預(yù)壓防松。正常情況下，螺桿與定子機(jī)座下環(huán)板、上下齒壓板、定子鐵心之間均不直接接觸。下端部通過絕緣墊圈實(shí)現(xiàn)與機(jī)座下環(huán)板隔離；中部通過噴涂絕緣漆或安裝分段絕緣套筒實(shí)現(xiàn)與定子鐵心隔離；上端部通過碟簧、壓力擋圈、絕緣墊圈實(shí)現(xiàn)與上齒壓板隔離。

3 絕緣損傷原因分析及風(fēng)險(xiǎn)

綜上所述，正常運(yùn)行情況下，穿心螺桿不與其他部件發(fā)生導(dǎo)通接觸，屬于對地絕緣體。但由于采用噴涂絕緣漆或分段絕緣套筒的絕緣方式未把其與鐵心之間形成的空間徹底密閉，機(jī)組在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的油污、鐵粉等異物易滯留在此空間內(nèi)長期積累，空間環(huán)境變得潮濕、腐蝕性強(qiáng)[2]。隨著運(yùn)行時(shí)間的推移，穿心螺桿上噴涂的絕緣漆易脫落。在長期積累的磁性粉塵傳導(dǎo)媒介下，為穿心螺桿、鐵心、定位筋電回路的形成提供了條件?？赡軐?dǎo)致鐵心燒熔和螺桿熔斷，造成發(fā)電機(jī)事故地發(fā)生。事故的先兆無法提前通過機(jī)組常規(guī)的檢修維護(hù)和狀態(tài)監(jiān)測[3]發(fā)現(xiàn)。

4 改進(jìn)措施

通過上述作用、結(jié)構(gòu)和原因分析，為防止上述現(xiàn)象和事故地發(fā)生，提出在穿心螺桿上套一層環(huán)氧樹脂材料的絕緣套筒，這樣既可以起到通長絕緣的作用，又可以起到通長密閉的作用，且在一定程度上起到加固穿心螺桿強(qiáng)度的作用。但受鐵心疊片施工制約[4]，全通長絕緣套筒由絕緣擋塊和套筒組成，按鐵心疊裝高度分成幾段，同時(shí)為確保絕緣擋塊與套筒在鐵心疊壓過程不被擠壓破裂和最終壓緊后能形成一個(gè)獨(dú)立密閉空間，絕緣擋塊的中部內(nèi)徑略小于套筒的內(nèi)徑，上下端頭的內(nèi)徑略大于套筒外徑，中部和上下端頭形成錯(cuò)臺(tái)，上下端頭與套筒的搭接長度應(yīng)根據(jù)鐵心疊片的質(zhì)量和最終壓緊力等因數(shù)去考慮。絕緣擋塊和套筒內(nèi)徑略大于穿心螺桿外徑。

5 應(yīng)用

二灘水電站2號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組于1999年9月投產(chǎn)發(fā)電。2007年首次發(fā)現(xiàn)定子鐵心局部變形、松動(dòng)等缺陷。2015年6月啟動(dòng)了2號(hào)機(jī)組定子改造項(xiàng)目，由阿爾斯通（中國）有限公司承擔(dān)二灘水電站2號(hào)發(fā)電機(jī)定子改造工作。在實(shí)施改造過程中，阿爾斯通將原有定子鐵心背部拉緊結(jié)構(gòu)改為了穿心螺桿結(jié)構(gòu)。

為杜絕穿心螺桿絕緣漆脫落或損傷后引起絕緣降低的隱患，有效解決穿心螺桿絕緣防護(hù)問題，二灘電廠與阿爾斯通達(dá)成共識(shí)，決定對穿心螺桿表面不采用涂刷絕緣漆的結(jié)構(gòu)，在全通長范圍內(nèi)采用分段絕緣擋塊串聯(lián)套筒形成全螺桿防護(hù)的絕緣結(jié)構(gòu)，其中絕緣擋塊與穿心螺桿配合的有效內(nèi)徑為20.8±0.1 mm、與套筒配合的有效內(nèi)徑為24.5±0.1 mm，套筒外徑為24±0.3 mm、內(nèi)徑為21±0.15 mm，穿心螺桿外徑為φ20（絕緣擋塊與套筒裝配示意見圖1）。單根穿心螺桿使用絕緣套筒共15段（套筒15個(gè)、絕緣擋塊14個(gè)），與共55段的定子鐵心對應(yīng)關(guān)系為：除1～2段鐵心對應(yīng)第1根絕緣套筒（長度195 mm）、第55段鐵心對應(yīng)第15根絕緣套筒（長度145 mm）外，從第3段鐵心開始，每4段鐵心對應(yīng)1根絕緣套筒（長度188 mm），共13根，且絕緣擋塊與套筒裝配時(shí)設(shè)置了8 mm長的搭接段，長度為188 mm的套筒與絕緣擋塊裝配后理論配合長度在203～211 mm區(qū)間內(nèi)。磁化試驗(yàn)完成并最終壓緊后，在鐵心槽底部位測量定子鐵心高度，最大值為2 884 mm、最小值為2 882 mm。檢查上述2處鐵心位置絕緣擋塊與套筒配合情況，單對絕緣擋塊與套筒的長度在204.5～208.5 mm范圍內(nèi)，若此長度小于203 mm，即絕緣擋塊與套筒產(chǎn)生了擠壓破裂；若此長度大于211 mm，即絕緣擋塊與套筒間存在間隙，不能達(dá)到螺桿整體絕緣防護(hù)。目前，2號(hào)機(jī)定子改造疊片工作已完成，最終壓緊后測量數(shù)據(jù)表明，未出現(xiàn)擠壓破裂現(xiàn)象，起到了整體防護(hù)作用，此方式和結(jié)構(gòu)可行和可靠。

圖1 絕緣擋塊與套筒裝配示意圖

6 結(jié)論

通過穿心螺桿的作用和結(jié)構(gòu)對采用噴涂絕緣漆或分段絕緣套筒的絕緣結(jié)構(gòu)，在運(yùn)行中可能會(huì)出現(xiàn)穿心螺桿熔斷、鐵心燒熔等危害的原因進(jìn)行了分析，提出了采用環(huán)氧樹脂材料全通長套裝結(jié)構(gòu)絕緣套筒改進(jìn)措施，并在二灘水電站2號(hào)發(fā)電機(jī)定子改造中付諸實(shí)施，此措施可行和可靠。

此改進(jìn)措施看似簡單，但發(fā)揮的作用是巨大的，能延長機(jī)組運(yùn)行壽命，降低維護(hù)成本和減少維護(hù)工作量，減輕運(yùn)行單位對隱蔽部位的擔(dān)憂。希望此改進(jìn)措施能為設(shè)計(jì)院、制造廠家和運(yùn)行單位提供借鑒。