變速機(jī)組轉(zhuǎn)子繞組金屬護(hù)環(huán)熱套施工淺析

杜 鵬，陳 勇

（浙江華東工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310000）

1 引言

加快發(fā)展抽水蓄能，對(duì)于加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、提高能源安全保障水平具有重要作用。相比常規(guī)抽水蓄能機(jī)組具有水泵工況時(shí)輸入功率可調(diào)、有功/無功功率快速調(diào)節(jié)、較好的轉(zhuǎn)速適應(yīng)能力、良好的穩(wěn)定運(yùn)行能力等優(yōu)點(diǎn)[1]，可變速抽水蓄能機(jī)組可成為電網(wǎng)負(fù)荷頻率控制、平衡可再生能源發(fā)電出力波動(dòng)的有效手段。隨著抽水蓄能電站在新型能源體系的功能作用日益凸顯，我國變速抽水蓄能技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用大幅提速。

2 工程簡(jiǎn)介

河北豐寧抽水蓄能電站是在建世界最大容量抽水蓄能電站，也是首次在國內(nèi)采用大型變速抽水蓄能機(jī)組技術(shù)?？勺冝D(zhuǎn)速發(fā)電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組采用三相對(duì)稱雙層繞組，與傳統(tǒng)水輪發(fā)電機(jī)或抽水蓄能發(fā)電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組具有很大的不同，由凸極式轉(zhuǎn)子磁極變?yōu)闂l式線圈，承受很高的交流運(yùn)行電壓與變頻器產(chǎn)生的高電壓梯度，同時(shí)承受較強(qiáng)的電磁振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)離心力。轉(zhuǎn)子繞組端部的支撐具有承受離心力的作用，同時(shí)必須確保繞組端部的充分冷卻，國外機(jī)組已經(jīng)應(yīng)用的繞組端部固定方式主要有4種：繞組端部徑向螺栓固定、繞組端部U型螺栓固定、繞組端部金屬護(hù)環(huán)固定、繞組端部高強(qiáng)纖維帶綁扎固定[2]。該電站采用繞組端部金屬護(hù)環(huán)固定方式。

3 轉(zhuǎn)子繞組金屬護(hù)環(huán)熱套施工工藝

采用金屬護(hù)環(huán)固定繞組端部時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組的端部被固定到內(nèi)外支承環(huán)之間，由通過線棒之間的空氣引導(dǎo)部件來進(jìn)行繞組端部的冷卻，最大優(yōu)點(diǎn)是減少了用于固定繞組端部以抵抗徑向力的必要零件數(shù)量，選擇的材料也確保不會(huì)因離心力而對(duì)轉(zhuǎn)子線棒施加額外的力，裝配時(shí)間也被限制在最短時(shí)間內(nèi)，檢修維護(hù)時(shí)可以通過拉開護(hù)環(huán)來接近轉(zhuǎn)子繞組[3]。轉(zhuǎn)子繞組金屬護(hù)環(huán)熱套施工流程如下：

（1）轉(zhuǎn)子工位設(shè)有金屬護(hù)環(huán)預(yù)留坑，下端護(hù)環(huán)在轉(zhuǎn)子中心體就位前完成預(yù)存，在轉(zhuǎn)子下線工序結(jié)束后進(jìn)行護(hù)環(huán)上端、下端的熱套施工。

（2）上端護(hù)環(huán)采用專用吊具吊裝至轉(zhuǎn)子上部。專用吊具由吊裝軸、井字吊裝梁、卡爪（1、2）、調(diào)整螺桿等組成。在安裝間完成吊具與護(hù)環(huán)的安裝，調(diào)整螺桿高度與同步液壓千斤頂（4個(gè)）頂起高度一致且護(hù)環(huán)處于水平狀態(tài)后，將上端護(hù)環(huán)吊裝至轉(zhuǎn)子上部，調(diào)整護(hù)環(huán)與轉(zhuǎn)子同心度、與繞組徑向間隙、卡爪下部梳齒與轉(zhuǎn)子上齒壓板齒槽對(duì)應(yīng)位置后，將吊具連同護(hù)環(huán)放置在同步升降液壓千斤頂上。采用帶保溫和外殼的履帶式加熱板并用帶有耐高溫高強(qiáng)度彈簧的螺栓固定，緩慢加熱護(hù)環(huán)（最高溫度約190℃），加熱期間定時(shí)用模具檢查護(hù)環(huán)熱膨脹后的尺寸（直徑方向脹量為10 mm），一旦發(fā)現(xiàn)圓度偏差，通過間斷電源、小范圍加熱等方式進(jìn)行調(diào)整。采用同步液壓千斤頂將護(hù)環(huán)緩慢同步下降至最終位置，過程中隨時(shí)調(diào)整護(hù)環(huán)水平，防止磕碰轉(zhuǎn)子繞組。自然降溫后護(hù)環(huán)收縮緊固在轉(zhuǎn)子繞組外圍。

（3）下端護(hù)環(huán)采用兩組液壓千斤頂墊木方的方式提升至轉(zhuǎn)子下端繞組下方，最終放置在同步升降液壓千斤頂上，采用與上端護(hù)環(huán)相同的加熱措施進(jìn)行加熱，達(dá)到設(shè)計(jì)膨脹量后同步升起液壓千斤頂，完成下端護(hù)環(huán)的熱套。

4 施工工藝難點(diǎn)淺析

（1）護(hù)環(huán)吊裝就位是重點(diǎn)、難點(diǎn)。護(hù)環(huán)專用吊具設(shè)有4個(gè)卡爪用來起吊護(hù)環(huán)，卡爪的下方設(shè)有與轉(zhuǎn)子上齒壓板齒槽對(duì)應(yīng)梳齒。要求卡爪必須按照設(shè)計(jì)圖紙要求（過吊具橫梁中心的對(duì)稱軸與廠房X軸線夾角為68.5°）調(diào)整分布位置，誤差不得超過1 mm。轉(zhuǎn)子上部設(shè)置4個(gè)千斤頂，千斤頂與上支撐環(huán)把合固定，用來支撐護(hù)環(huán)與吊具。由于千斤頂位置已固定，故需提前完成護(hù)環(huán)與吊具中心、水平方位調(diào)整，確?？ㄗκ猃X必須與齒壓板齒槽垂直對(duì)應(yīng)，方可將護(hù)環(huán)與吊具放置在千斤頂上，以便護(hù)環(huán)熱套時(shí)順利降落至設(shè)計(jì)位置。在實(shí)際施工過程中，花費(fèi)了大量的時(shí)間進(jìn)行護(hù)環(huán)吊具及卡爪安裝位置調(diào)整、護(hù)環(huán)卡爪與轉(zhuǎn)子上齒壓板齒槽位置調(diào)整、護(hù)環(huán)與轉(zhuǎn)子中心體同心度調(diào)整、護(hù)環(huán)水平調(diào)整。施工過程中出現(xiàn)了因未能區(qū)分兩組卡爪而返工、因卡爪安裝位置與圖紙不符而返工的情況。

（2）護(hù)環(huán)加熱溫度控制是重點(diǎn)、難點(diǎn)。加熱過程中必須控制護(hù)環(huán)整體受熱均勻，一方面要求加熱設(shè)備的設(shè)計(jì)必須合理，從而保證加熱均勻、溫度控制準(zhǔn)確；另一方面要求環(huán)境穩(wěn)定，加熱過程應(yīng)盡可能選擇封閉工棚，尤其避免單側(cè)冷風(fēng)對(duì)熱套過程產(chǎn)生不利影響。實(shí)際施工過程中，加熱板均勻布置在護(hù)環(huán)外側(cè)，并采用帶有壓縮彈簧的螺桿連接加熱板并在加熱過程中調(diào)整加熱板，確保加熱板與護(hù)環(huán)緊密貼合的同時(shí)，不因護(hù)環(huán)膨脹導(dǎo)致螺桿受力過大。護(hù)環(huán)加熱過程受加熱溫度、溫升速率、環(huán)境溫度等各種因素影響，且由于工棚天窗未關(guān)閉導(dǎo)致前期護(hù)環(huán)溫升較慢，實(shí)際加熱過程約18 h且需不定時(shí)對(duì)各加熱板溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（3）護(hù)環(huán)熱脹偏差控制是重點(diǎn)、難點(diǎn)。護(hù)環(huán)內(nèi)徑小于轉(zhuǎn)子繞組端部外徑，通過加熱護(hù)環(huán)使其熱脹，熱脹量達(dá)到設(shè)計(jì)要求進(jìn)行熱套作業(yè)。施工過程中，需要定時(shí)采用專用模具測(cè)量護(hù)環(huán)外徑與轉(zhuǎn)子繞組外側(cè)絕緣板的差值，間接測(cè)量護(hù)環(huán)熱脹量，并根據(jù)周向膨脹量適時(shí)調(diào)整各加熱板溫度，以達(dá)到護(hù)環(huán)周向均勻膨脹的目的。

（4）護(hù)環(huán)熱套就位過程控制是重點(diǎn)、難點(diǎn)。護(hù)環(huán)熱套就位過程中，需保持護(hù)環(huán)與轉(zhuǎn)子同心度及護(hù)環(huán)與轉(zhuǎn)子繞組的均勻間隙。通過同步緩慢降低4個(gè)液壓千斤頂，使護(hù)環(huán)緩慢下降至設(shè)計(jì)位置，下降速度約2 mm/s。在此過程中，液壓千斤頂?shù)耐娇刂朴葹橹匾?，必要時(shí)需單獨(dú)控制某個(gè)千斤頂來調(diào)整護(hù)環(huán)水平。施工過程中因廠家供貨的千斤頂升降不同步且下降速度過快，不得不更換電站自有的液壓泵站及控制裝置。

5 轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)熱套施工優(yōu)化建議

（1）上端護(hù)環(huán)在套入轉(zhuǎn)子上端軸時(shí)，轉(zhuǎn)子上端軸頂面高度加上吊具高度后的總高度已超過橋機(jī)吊裝高度，不得不拆除橋機(jī)副鉤吊裝限位以實(shí)現(xiàn)上端護(hù)環(huán)吊裝工作。故可采取優(yōu)化吊具的措施減小現(xiàn)場(chǎng)施工難度和安全風(fēng)險(xiǎn)，在吊具設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)主廠房橋機(jī)允許吊裝高度優(yōu)化吊具結(jié)構(gòu)型式，降低吊具高度。

（2）鑒于在吊具卡爪安裝過程中，在保證上端護(hù)環(huán)水平、與轉(zhuǎn)子繞組徑向間隙均勻的前提下調(diào)整卡爪分布位置花費(fèi)大量時(shí)間和精力，且護(hù)環(huán)本身對(duì)安裝方位并無技術(shù)要求。故可考慮在上端護(hù)環(huán)頂部設(shè)置吊耳安裝孔或吊具把合孔，以減少卡爪調(diào)整工序。

（3）同步液壓千斤頂組是護(hù)環(huán)熱套作業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備之一[4]。設(shè)備采購時(shí)應(yīng)充分考慮工作需求，千斤頂應(yīng)能在實(shí)現(xiàn)同步升降功能的同時(shí)，具備單臺(tái)千斤頂單獨(dú)調(diào)整的能力，且千斤頂?shù)纳仙蛳陆邓俣炔灰诉^快，盡量控制在5 mm/s以內(nèi)，以便糾正護(hù)環(huán)熱套過程中的水平偏差。護(hù)環(huán)加熱前應(yīng)提前完成千斤頂?shù)墓δ苷{(diào)試，避免返工。

（4）工棚的設(shè)置應(yīng)提前考慮轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)熱套期間的環(huán)境需求。工棚尺寸應(yīng)考慮液壓千斤頂泵站、智能程序溫度控制箱等設(shè)備的空間需求，同時(shí)工棚宜設(shè)置在環(huán)境風(fēng)速穩(wěn)定的部位，比如正對(duì)進(jìn)廠交通洞末端位置。工棚天窗尺寸應(yīng)能滿足轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)吊裝需求，且能在護(hù)環(huán)吊裝后封閉。

6 結(jié)語

雖然在護(hù)環(huán)熱套過程中，吊具安裝調(diào)整、護(hù)環(huán)吊裝、護(hù)環(huán)熱套等各工序均出現(xiàn)了意想不到的狀況，歸納總結(jié)為4個(gè)方面：施工準(zhǔn)備不充分，不熟悉設(shè)計(jì)圖紙；工器具準(zhǔn)備不合理，千斤頂升降不同步且下降速度過快；施工組織不完善，各工序檢查不到位；環(huán)境溫度考慮不周全，忽略了環(huán)境對(duì)護(hù)環(huán)加熱的影響，但在各參建單位的共同努力下，最終安全、順利實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)首臺(tái)大型變速抽水蓄能機(jī)組轉(zhuǎn)子繞組金屬護(hù)環(huán)熱套施工。本文謹(jǐn)對(duì)轉(zhuǎn)子繞組金屬護(hù)環(huán)熱套過程進(jìn)行了總結(jié)，為后續(xù)電站提供借鑒與參考。