廣東某抽蓄電站轉(zhuǎn)子浮動(dòng)磁軛的安裝要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

仝紅麗，李興邦

(1． 黑龍江哈電多能水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040；2． 哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040)

0 引言

抽水蓄能電站被稱為水電“皇冠上的明珠”。廣東某抽蓄電站地處湛江中部，電站地下廠房安裝6臺(tái)單級(jí)立軸可逆混流式機(jī)組，總裝機(jī)容量2 400 MW。電站屬700 m高水頭大容量純抽蓄電站，在廣東電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻及緊急事故備用等任務(wù)。

該蓄能電站機(jī)組磁軛共有10段整圓環(huán)鍛件，每段磁軛高度350 mm，每段磁軛間有通風(fēng)溝，高度75 mm。磁軛整體安裝后，多段磁軛通過(guò)拉緊螺桿牢靠固緊成為一個(gè)整體，降低磁軛殘余變形，并采用通風(fēng)溝加工定位止口等方式，保證磁軛的整體性、強(qiáng)度和剛度，防止機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中磁軛的松散和變形。

轉(zhuǎn)子磁軛作為磁路的一部分，也是固定磁極的結(jié)構(gòu)部件，受力情況復(fù)雜。磁軛裝配質(zhì)量的優(yōu)劣，會(huì)影響到機(jī)組的振動(dòng)擺度，關(guān)系到機(jī)組的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行[2]。該浮動(dòng)磁軛結(jié)構(gòu)，在國(guó)內(nèi)單機(jī)容量最大的抽蓄電站上首次應(yīng)用。該抽水蓄能機(jī)組多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)國(guó)際領(lǐng)先，標(biāo)志著中國(guó)水電裝備制造行業(yè)，在超高水頭、超大容量、超高轉(zhuǎn)速的抽水蓄能機(jī)組研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造上達(dá)到了世界最先進(jìn)的水平。

哈電生產(chǎn)的發(fā)電電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)型式為立軸懸式封閉自循環(huán)空氣冷卻三相凸極同步發(fā)電電動(dòng)機(jī)。發(fā)電電動(dòng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下。

發(fā)電機(jī)工況容量：445 MVA

電動(dòng)機(jī)工況出力：431 MW

發(fā)電機(jī)工況額定功率因數(shù)：0．9

電動(dòng)機(jī)工況額定功率因數(shù)：0．975

發(fā)電機(jī)工況旋轉(zhuǎn)方向：俯視順時(shí)針

電動(dòng)機(jī)工況旋轉(zhuǎn)方向：俯視逆時(shí)針

額定電壓UN：20 kV

額定頻率fN：50 Hz

額定轉(zhuǎn)速nN：500 r/min

飛逸轉(zhuǎn)速nN：725 r/min

相數(shù)m：3

接線方式：4Y

定轉(zhuǎn)子繞組絕緣等級(jí)：F

推力負(fù)荷：950 T

冷卻方式：全空冷

飛輪力矩GD2：≥5 150 tm2

1 浮動(dòng)磁軛設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及優(yōu)點(diǎn)

1.1 浮動(dòng)磁軛設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)介紹

磁軛與轉(zhuǎn)子支架(發(fā)電機(jī)大軸)的配合設(shè)計(jì)，一般分為熱態(tài)磁軛結(jié)構(gòu)和浮動(dòng)磁軛結(jié)構(gòu)。浮動(dòng)磁軛結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是分離轉(zhuǎn)速可以低些，緊量可以小些。磁軛和轉(zhuǎn)子支架在靜止時(shí)徑向?yàn)殚g隙配合。打鍵時(shí)磁軛不需加熱，轉(zhuǎn)子支架徑向受力小，重量可以減輕。

發(fā)電機(jī)在正常和過(guò)速運(yùn)行時(shí)，浮動(dòng)磁軛可以自由膨脹并與支架保持同心，對(duì)其整體性要求比徑向鍵固定的更高。對(duì)螺桿強(qiáng)度要求較高。螺桿孔與螺桿的間隙較大，運(yùn)行時(shí)螺桿不承受剪力作用。國(guó)際上瑞典ASEA公司制造的水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子多采用浮動(dòng)磁軛切向鍵的結(jié)構(gòu)[1]。近些年?yáng)|芝的浮動(dòng)磁軛結(jié)構(gòu)在電站運(yùn)用的比較多。轉(zhuǎn)子磁軛、轉(zhuǎn)子風(fēng)扇及轉(zhuǎn)軸三維圖如圖1～圖3所示。

圖1 轉(zhuǎn)子磁軛三維圖

圖2 轉(zhuǎn)子風(fēng)扇三維圖

圖3 轉(zhuǎn)軸三維圖

1.2 浮動(dòng)環(huán)形磁軛的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)

環(huán)形磁軛相對(duì)于傳統(tǒng)扇形疊片結(jié)構(gòu)而言，它的整體性和剛度較好，能承擔(dān)更大的磁極離心力，可以有效提高轉(zhuǎn)子運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。由于有較高的穩(wěn)定系數(shù)，適用于高轉(zhuǎn)速水輪發(fā)電機(jī)組和大容量抽水蓄能機(jī)組。

環(huán)形磁軛在廠內(nèi)分段制作，磁軛內(nèi)外圓經(jīng)數(shù)控機(jī)床精加工，提高了磁軛外圓圓度和磁軛外圓軸線直線度，保證轉(zhuǎn)子磁軛圓度的要求。使發(fā)電電動(dòng)機(jī)的空氣間隙更均勻，提高了機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性?，F(xiàn)場(chǎng)只需掛裝磁軛段，通過(guò)橋機(jī)吊裝，減少現(xiàn)場(chǎng)疊片工作量。

轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)應(yīng)力交變次數(shù)多，交變力幅值大，磁軛、磁極本身承受的離心力較大，采用環(huán)形磁軛結(jié)構(gòu)能較好解決疲勞問(wèn)題。環(huán)形磁軛消除了疊片磁軛片間移動(dòng)及殘余變形問(wèn)題，可忽略不平衡磁拉力引起的磁軛的橢圓變形。

浮動(dòng)磁軛轉(zhuǎn)子支架受力簡(jiǎn)單，沒(méi)有轉(zhuǎn)子支架靜止工況下熱加電的應(yīng)力，可降低轉(zhuǎn)子支架的材料等級(jí)。不但可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、提高轉(zhuǎn)子支架和磁軛的設(shè)計(jì)水平和質(zhì)量，而且還可以節(jié)約材料和安裝周期。

在轉(zhuǎn)子磁軛具有足夠的剛度，磁軛副鍵數(shù)量合適的前提下，在圓周方向上設(shè)置成對(duì)的楔形鍵。在這種輻射型布置的多對(duì)磁軛副鍵的限制下，機(jī)組運(yùn)行時(shí)磁軛只能同心伸縮。機(jī)組停機(jī)冷態(tài)下轉(zhuǎn)軸和磁軛不受徑向力。這種磁軛副鍵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)組裝方便。

浮動(dòng)磁軛打鍵時(shí)不需加熱，沒(méi)有安裝加熱設(shè)備(加熱板、溫控設(shè)施等)需求和保溫設(shè)備(苫布等)及措施，相應(yīng)減少裝配工時(shí)。工作效率高，零部件便于拆卸裝配，工藝過(guò)程易控制，質(zhì)量易保證。

（2）大縱坡橋梁應(yīng)該結(jié)合工程的實(shí)際情況，選擇合適的施工位置，并且根據(jù)曲線行駛的特點(diǎn)來(lái)實(shí)施分聯(lián)布置縮短尺寸。

2 現(xiàn)場(chǎng)疊裝要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

傳統(tǒng)的疊片式磁軛被環(huán)形磁軛代替，盡管極大地減少了工地磁軛疊裝工序及工作量，但是對(duì)環(huán)形磁軛的加工精度要求高，對(duì)磁軛安裝要求更高。磁軛整體偏心值不大于0.1 mm；磁軛圓柱度不大于0.5 mm。磁軛裝配過(guò)程如下：

(1) 立轉(zhuǎn)軸并調(diào)整，安裝轉(zhuǎn)子測(cè)圓架。將轉(zhuǎn)軸立起吊入轉(zhuǎn)子安裝機(jī)坑，在轉(zhuǎn)軸法蘭保護(hù)工具與基礎(chǔ)鋼板間加薄墊片。調(diào)試所有支墩，確定支墩高度，并用水準(zhǔn)儀調(diào)整支墩的高度使其都在調(diào)整范圍內(nèi)。拆卸和安裝測(cè)量臂和配重臂時(shí)注意避免徑向受力。

(2) 第一、二段磁軛段安裝、調(diào)整。與常規(guī)磁軛疊裝不同，磁軛段從轉(zhuǎn)子支架上部向下吊裝，第一段磁軛安裝很關(guān)鍵，是疊裝的基準(zhǔn)。將下風(fēng)扇與第一段磁軛組裝在一起，每次驗(yàn)收前均需對(duì)轉(zhuǎn)子測(cè)圓架進(jìn)行復(fù)測(cè)。

用磁軛吊裝工具將磁軛段和風(fēng)扇套入轉(zhuǎn)軸，套入主立筋前，復(fù)測(cè)并調(diào)整磁軛段水平。調(diào)整磁軛段的周向、徑向位置，主立筋鍵槽與凸鍵徑向、周向距離均勻。檢查磁軛段止口與掛鉤上平面的間隙。磁軛段兩側(cè)副鍵槽距離均勻，利用副鍵檢查，同樣力度楔緊。磁軛吊裝三維示意圖如圖4所示。

圖4 磁軛吊裝三維示意圖

利用磁軛段均布的3組徑向銷定位第二段磁軛下落位置。外圓T尾槽內(nèi)磁極鍵配合面要進(jìn)行錯(cuò)牙控制，在12個(gè)磁極位置各安裝一套鴿尾定位工具精調(diào)磁軛位置，相鄰磁極位置工具分別放入左右鴿尾槽內(nèi)。疊裝過(guò)程需監(jiān)測(cè)磁軛段的錯(cuò)牙情況。

(3) 其余磁軛段安裝調(diào)整。相鄰兩段間利用銷釘和鴿尾定位工具定位，確保后安裝的兩段磁軛均有至少6組鴿尾定位工具定位。測(cè)量后拆除轉(zhuǎn)子測(cè)圓架測(cè)量臂和配重臂，整圓安裝12套鴿尾定位工具。其余磁軛段安裝調(diào)整如圖5所示。

圖5 其余磁軛段安裝調(diào)整圖

安裝轉(zhuǎn)子測(cè)圓架測(cè)量臂和配重臂，在測(cè)圓架測(cè)量臂上架設(shè)百分表，放置框式水平儀測(cè)量。建議每疊一段，都要進(jìn)行磁軛間錯(cuò)位檢查和圓度測(cè)量并計(jì)算偏心，偏心滿足后方可進(jìn)行下一段疊裝。

(4) 安裝磁軛拉緊螺桿、墊圈、螺母。磁軛副鍵安裝打緊，卡鍵擋板安裝，磁軛拉緊螺桿的伸長(zhǎng)值應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。檢查磁軛下端拉緊螺母力矩。拆除鴿尾定位工具，在各磁極中間位置復(fù)測(cè)磁軛半徑、內(nèi)外高度，并做記錄。磁軛副鍵安裝時(shí)接觸面涂二硫化鉬鋰潤(rùn)滑劑。

圖6 磁軛副鍵安裝三維示意圖

磁軛需要二次打鍵。磁軛鍵二次打緊后，如磁軛鍵與擋板有間隙，磁軛副鍵用螺母鎖定。

現(xiàn)場(chǎng)疊裝應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1) 各個(gè)磁軛段安裝質(zhì)量很關(guān)鍵，磁軛段與段之間的調(diào)整嚴(yán)格按照工藝要求執(zhí)行。磁軛段與主立筋徑向間隙相對(duì)值不大于0.05 mm。磁極T尾鍵槽槽底、鍵槽兩側(cè)錯(cuò)牙不大于0.02 mm。如果轉(zhuǎn)子磁軛段裝配質(zhì)量不佳，進(jìn)而引起各段磁軛鍵槽位置切向存在一定量的錯(cuò)牙，會(huì)造成磁軛副鍵切向打鍵后，磁軛副鍵與磁軛鍵槽接觸面?zhèn)€別磁軛段將不能與磁軛副鍵貼緊，容易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。

(2) 磁軛副鍵要進(jìn)行研磨。根據(jù)《DL/T 5230—2009水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)裝配工藝導(dǎo)則》[4]要求7．11．5 2單側(cè)副鍵的浮動(dòng)鍵結(jié)構(gòu)，檢查支臂側(cè)的側(cè)間隙和徑向間隙應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，并使其徑向面與磁軛緊貼，初步打入磁軛側(cè)的左右副鍵進(jìn)行定位。

各類型浮動(dòng)鍵的副鍵裝入后，檢查、調(diào)整其楔入深度應(yīng)與中心鍵等長(zhǎng)，并著色檢查(紅丹粉)及處理副鍵與中心鍵、支臂或磁軛，配合面的接觸面積達(dá)70%以上。使用3 kg左右的大錘將副鍵打緊，并按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行點(diǎn)焊或鎖固定位。磁軛副鍵打入深度應(yīng)注意緊量一致。

打緊磁軛副鍵的關(guān)鍵有兩點(diǎn)。一是檢查是否打緊的主要標(biāo)志是大錘用力錘擊時(shí)，磁軛副鍵不再向下進(jìn)行位移。二是磁軛副鍵接觸面涂紅丹粉，拔出檢查磁軛副鍵與磁軛凸鍵、磁軛和轉(zhuǎn)子支架的接觸面積，必須大于配合面接觸面積的70%。如不滿足應(yīng)對(duì)磁軛副鍵進(jìn)行研配。

與其他轉(zhuǎn)子熱加墊打鍵的機(jī)組不同，浮動(dòng)磁軛的磁軛副鍵裝配已是機(jī)組安裝質(zhì)量的最后一道屏障，如果磁軛副鍵的緊度不足勢(shì)必影響機(jī)組的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。福建某電站由于轉(zhuǎn)子磁軛裝配質(zhì)量不佳、磁軛副鍵和磁極鍵未打緊造成轉(zhuǎn)子磁軛和磁極沖片發(fā)生斷裂。相對(duì)于40年的機(jī)組設(shè)計(jì)壽命，機(jī)組僅運(yùn)行了15年時(shí)間就達(dá)到了生命周期末年。

(3) 二次打鍵。只要超過(guò)分離轉(zhuǎn)速就要對(duì)磁軛副鍵、磁極鍵進(jìn)行打緊。在過(guò)速試驗(yàn)、甩50%、75%、100%負(fù)荷試驗(yàn)之后都要打緊磁軛副鍵(熱態(tài)下)。根據(jù)《DL/T 507—2014水輪發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)試驗(yàn)規(guī)程》[5]要求：6．5．5過(guò)速試驗(yàn)停機(jī)后應(yīng)進(jìn)行如下檢查：全面檢查發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分，如轉(zhuǎn)子磁軛鍵、磁極鍵、阻尼環(huán)及磁極引線、磁軛壓緊螺桿等有無(wú)松動(dòng)或移位。

3 結(jié)論

廣東某抽蓄電站轉(zhuǎn)子浮動(dòng)磁軛的疊裝工作極為重要，如果轉(zhuǎn)子磁軛裝配質(zhì)量不佳、磁軛副鍵與凸鍵、磁軛段的接觸面積不滿足設(shè)計(jì)要求，就可能出現(xiàn)與巴基斯坦某電站4#機(jī)甩負(fù)荷后振擺不能恢復(fù)[6]、廣東某抽水蓄能電站轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡過(guò)程中相位不穩(wěn)[7]和湖北某電站發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支架環(huán)板變形[8]等類似問(wèn)題。

本文通過(guò)對(duì)廣東某抽水蓄能電站發(fā)電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子浮動(dòng)磁軛安裝要點(diǎn)及注意事項(xiàng)的介紹，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝有指導(dǎo)意義，避免磁軛裝配質(zhì)量不佳影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)其它抽蓄及常規(guī)高轉(zhuǎn)速電站轉(zhuǎn)子磁軛疊裝工作具有一定的借鑒作用。