一種水輪發(fā)電機(jī)定子槽楔更換優(yōu)化方法

易強(qiáng) 肖智斌

摘 要：水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行期間，定子槽楔出現(xiàn)松動將會減弱其對定子線棒的固定作用，加劇定子線棒振動，長期運(yùn)行將破壞線棒的主絕緣體，造成磨損與放電，影響發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行，因而槽楔的松動檢測對發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行具有重要意義。通過分析槽楔松緊度檢查方法，根據(jù)電廠實(shí)際情況選擇了銅錘敲擊法。在現(xiàn)有槽楔結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，提出了一種發(fā)電機(jī)定子槽楔更換優(yōu)化方法，并進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)測，驗(yàn)證了該方法的正確性和可行性。

關(guān)鍵詞：定子槽楔；松動檢查；槽楔更換；優(yōu)化方法

中圖分類號：TM311/TV738 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

水輪發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其檢修工作非要重要。定子槽楔松緊度檢查與固定是發(fā)電機(jī)檢修過程中的重要環(huán)節(jié)。定子槽楔是用來對定子槽內(nèi)的定子線棒進(jìn)行固定的結(jié)構(gòu)[1]。定子線棒運(yùn)行時在交變電磁力的作用下發(fā)生振動導(dǎo)致槽楔板松動或掉落，進(jìn)而破壞到發(fā)電機(jī)主絕緣，并在線棒表面產(chǎn)生局部放電，造成發(fā)電機(jī)運(yùn)行安全事故。相關(guān)案例證實(shí)，大部分高壓電機(jī)在三年運(yùn)行中存在超出一半楔塊丟失現(xiàn)象，為此需要對楔塊進(jìn)行定期檢測[2]。電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE）調(diào)查發(fā)現(xiàn)，被調(diào)查的497種發(fā)電定子繞組中，超出43%的繞組都會產(chǎn)生運(yùn)行故障，而繞組松動問題導(dǎo)致的故障占58%。本文以湖南澧水江埡水電站3#機(jī)組的定子槽楔為研究對象。在機(jī)組大修過程中重點(diǎn)對定子槽楔進(jìn)行了檢查。

1 發(fā)電機(jī)定子槽楔結(jié)構(gòu)松動危害性

發(fā)電機(jī)定子槽楔的作用是固定發(fā)電機(jī)定子線棒，江埡水電站所有定子槽楔均采用斜楔對結(jié)構(gòu)形式，即上層的槽楔與其下層的斜楔形成斜楔對，上、下楔的表面傾斜率一般為1：120左右，材料均由東方電機(jī)廠提供?？臻g分布上，由里到外分別是橡膠墊條、半導(dǎo)體條、斜楔和槽楔。

水輪發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行中，因?yàn)榻蛔冸姶帕τ绊懯苟ㄗ泳€棒產(chǎn)生振動現(xiàn)象[3]。線棒所承受電磁力和電機(jī)定子中的電流成正比關(guān)系，定子鐵芯在運(yùn)行中所承受磁拉力和定子對應(yīng)氣隙磁通成正比關(guān)系，在兩種力共同影響下，促進(jìn)線棒以及鐵芯產(chǎn)生相對運(yùn)動，導(dǎo)致槽內(nèi)的線棒產(chǎn)生振動[4]。定子槽楔松緊度檢測和重新緊固是針對發(fā)電機(jī)裝置實(shí)施全面保養(yǎng)維護(hù)的核心環(huán)節(jié)。定子槽楔這一結(jié)構(gòu)主要對定子槽中定子線棒實(shí)施全面緊固。槽楔板如果缺少有效維護(hù)便會產(chǎn)生松動問題，處于電磁力影響下，使得定子線棒運(yùn)行不穩(wěn)，產(chǎn)生強(qiáng)烈振動，增加整個電機(jī)系統(tǒng)的事故幾率，威脅電機(jī)的運(yùn)行安全[5]。

機(jī)組運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量會通過定子通風(fēng)槽向外散發(fā)，定子槽楔松動會堵塞定子通風(fēng)槽，降低運(yùn)行中發(fā)電機(jī)空氣流通效果，散熱不通暢，引起發(fā)電機(jī)溫度升高[6]。同時，定子槽楔松動，會造成定子線棒表面和槽壁之間失去良好接觸，產(chǎn)生高能電容性放電，會對定子線棒表面產(chǎn)生熱和機(jī)械的作用。而且，放電使空氣電離而產(chǎn)生臭氧及氮氧化合物，這些化合物與氣隙內(nèi)的水份發(fā)生化學(xué)作用，呈現(xiàn)酸性，從而引起線棒的表面防暈層、主絕緣出現(xiàn)腐蝕的現(xiàn)象，造成主絕緣受損[7]。

另外，水輪發(fā)電機(jī)組材料自身所存在的熱脹冷縮特性，也容易使整個槽楔板形成松脫問題，嚴(yán)重情況下還會直接掉落。一旦產(chǎn)生槽楔掉落問題，將會進(jìn)一步加劇線棒振動，同時直接損傷定子與轉(zhuǎn)子整體絕緣性[8]。加劇電腐蝕問題，使定子線棒對應(yīng)絕緣層被擊穿，增加發(fā)電機(jī)運(yùn)行事故幾率。

2 定子槽楔松動過程分析及檢查方法

2.1 定子槽楔松動過程分析

結(jié)合工程實(shí)踐分析，在處理線棒中，普遍會通過槽楔配合墊片以及槽楔搭配波紋板等方式對線棒實(shí)施徹底緊固。

墊片式固定槽楔產(chǎn)生松動現(xiàn)象，主要分為四個環(huán)節(jié)：槽楔局部產(chǎn)生運(yùn)行松動；隨著運(yùn)行時間增加，槽楔松動問題加劇，局部空隙擴(kuò)大；空隙部位持續(xù)擴(kuò)大，到整個槽楔板產(chǎn)生貫穿間隙，使定線棒和槽楔板全面分離，將槽楔轉(zhuǎn)化成獨(dú)立振子；縫隙部位持續(xù)蔓延，最終導(dǎo)致整個槽楔板直接松脫。波紋板式槽楔，在定子線棒和槽楔間主要設(shè)置波紋板，因此槽楔下層始終存在波紋板彈力支撐。波紋板式槽楔對應(yīng)緊固松緊度可以通過彈力數(shù)值進(jìn)行反映。

槽楔緊固程度檢測的主要操作原理是：墊條固定后的槽楔因?yàn)闆_擊激勵影響，隨著緊固狀況差異，所產(chǎn)生的響應(yīng)程度各不相同。如果松動幅度較低，則產(chǎn)生局部振動擴(kuò)大現(xiàn)象的可能性較大。在松緊程度持續(xù)變化中，相關(guān)局部振動頻率也開始發(fā)生變化，處于該階段內(nèi)位移振動變化幅度開始降低，因此可以通過聲音信號頻率進(jìn)行合理判斷。假如槽楔嚴(yán)重松動，會進(jìn)一步擴(kuò)大局部空隙，甚至將整個槽楔板直接貫穿，此時定子線棒和槽楔板全面分離，使整個槽楔板轉(zhuǎn)化成獨(dú)立振子。即便隨著松脫程度持續(xù)擴(kuò)大，槽楔處于沖擊影響下，相關(guān)振動頻率依然沒有任何變化，但振動幅度會繼續(xù)擴(kuò)大，為此可以結(jié)合振動幅度對松緊度進(jìn)行辨別。波紋板固定槽楔處于強(qiáng)烈沖擊下可以當(dāng)成薄板強(qiáng)迫振動模型。槽楔板在不同松緊度下，波紋板形變開始發(fā)生變化，槽楔板內(nèi)波紋板彈力特性也產(chǎn)生明顯變化，改變整個槽楔板振動狀態(tài)，隨著緊固程度增加，會形成更高彈力，擴(kuò)大整個槽楔剛度，加大振動頻率，降低最高振幅。

2.2 定子槽楔松緊度測定方法

國內(nèi)外關(guān)于槽楔松緊度測定主要分為聲測、卡尺檢測以及敲擊檢測等方法。其中卡尺檢測僅能針對部分帶孔槽楔實(shí)施測定，聲測則需要應(yīng)用專門系統(tǒng)設(shè)備，十分笨重，影響操作便捷度，同時在松動幅度較小條件下會影響槽楔測定精準(zhǔn)度。根據(jù)綜合考慮，本次檢測選擇敲擊法。檢查方法用0.5 lb

（1 lb≈0.453 kg）銅錘敲擊槽楔有無空聲，每段槽楔如空隙長度超過其長度的1/3必須重新處理。檢測定子槽楔松緊度，直接用手敲擊定子槽楔板，聽覺判斷槽楔板的振動聲音特性，感受敲擊所形成的瞬時感受，對相關(guān)點(diǎn)松緊度實(shí)施判斷，對于槽楔板選擇3、4個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行敲擊，綜合判斷該處槽楔的松緊情況。

3 優(yōu)化槽楔更換方法

江埡電站3#機(jī)組大修期間，專業(yè)技術(shù)人員采用銅錘對槽楔進(jìn)行了仔細(xì)檢查，共發(fā)現(xiàn)58處需要更換，目前水電廠定子線棒一般采用槽楔加波紋板的組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行更換固定。檢修人員對結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了優(yōu)化，制訂了適合該電站的槽楔更換方案，即按照“墊條—斜楔—槽楔”的順序從里往外安裝。

3.1 材料準(zhǔn)備

（1）準(zhǔn)備足量的槽楔、斜楔、半導(dǎo)體條和橡膠墊條。其中槽楔分為上節(jié)槽楔、中節(jié)槽楔和下節(jié)槽楔三種規(guī)格，斜楔按照與之配套的槽楔規(guī)格準(zhǔn)備，根據(jù)實(shí)際情況選取0.5 mm、1.0 mm、2.0 mm三種規(guī)格的半導(dǎo)體墊條搭配使用，來調(diào)整槽楔的緊固程度，針對埋有測溫電阻的線槽，優(yōu)先使用0.5 mm的半導(dǎo)體墊條，以更好地保護(hù)測溫電阻。橡膠墊條長度應(yīng)比整條槽楔長。

（2）準(zhǔn)備足量的玻璃繩。

（3）準(zhǔn)備用于浸泡玻璃繩的環(huán)氧樹脂膠（E-44環(huán)氧樹脂6101和環(huán)氧樹脂固化劑聚酰胺650）、發(fā)電機(jī)帶電清洗劑、絕緣漆。

3.2 槽楔安裝

（1）由于上節(jié)、中節(jié)、下節(jié)三種槽楔的尺寸規(guī)格不一，安裝前應(yīng)挑選槽楔通風(fēng)槽口與鐵芯通風(fēng)溝對齊的槽楔，槽楔不應(yīng)突出鐵芯。如出現(xiàn)與通風(fēng)溝不對齊情況，應(yīng)對其端部進(jìn)行切割、磨平處理。槽楔通風(fēng)槽口方向應(yīng)全部朝俯視順時針方向。

（2）將橡膠墊條和半導(dǎo)體條從端部槽楔槽口依次放入槽中，最里層的半導(dǎo)體條應(yīng)選用最厚的，然后用斜楔壓住，上節(jié)槽楔從下部往上打入槽中，當(dāng)向上推至斜楔2/3處，檢查斜楔對的松緊程度。若偏松，應(yīng)在斜楔下增加適量的半導(dǎo)體條，按照內(nèi)厚外薄的原則放入；反之，應(yīng)抽出適量半導(dǎo)體條。打緊槽楔過程中應(yīng)使用木錘和專用墊塊敲擊，避免碰傷線棒和鐵芯。

（3）在添加調(diào)整半導(dǎo)體條的過程中，每槽的半導(dǎo)體條數(shù)量不宜超過三層，上下兩半導(dǎo)體接頭應(yīng)與墊條接頭錯開。

（4）槽楔更換完成后，對槽楔進(jìn)行檢查，槽楔應(yīng)完整、平整，不凸出鐵芯內(nèi)圓表面。槽口與通風(fēng)溝對齊，不得錯位，誤差不得大于4 mm，且符合發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。用專用小銅錘檢測槽楔的松緊度。每條槽楔允許的空隙長度，不應(yīng)超出該條槽楔長度的1/3，否則應(yīng)將槽楔敲出，增加適量半導(dǎo)體條壓實(shí)后，重新打緊。

3.3 槽楔端部玻璃繩綁扎

（1）平槽楔的關(guān)門槽楔用泡有環(huán)氧樹脂的玻璃絲繩進(jìn)行最終緊固。將專用環(huán)氧樹脂膠按照1∶1配比，攪拌充分，加入適量環(huán)氧樹脂稀釋劑，使其粘稠度適中。

（2）準(zhǔn)備足量玻璃繩，每根長約4～5 m，放入調(diào)配好的環(huán)氧樹脂膠中浸泡約10 min后取出備用，晾干約0.5 d左右。

（3）綁扎槽楔應(yīng)保證緊固牢靠，保證槽楔不會松動、變形。

3.4 絕緣漆噴涂

（1）經(jīng)過環(huán)氧玻璃繩充分固化后，檢查環(huán)氧干燥情況。待干燥良好，清理環(huán)氧渣，清理過程中避免損壞鐵芯。

（2）槽楔表面應(yīng)干凈，無油污、灰塵，無變色、破裂等。

（3）用發(fā)電機(jī)絕緣帶電清洗劑對發(fā)電機(jī)定子進(jìn)行清洗。

（4）噴涂發(fā)電機(jī)專用F級絕緣漆。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

機(jī)組全部回裝完成后，對發(fā)電機(jī)定子進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)（絕緣、直阻、直流耐壓及泄漏電流試驗(yàn)、交流耐壓試驗(yàn)），各項(xiàng)數(shù)據(jù)均合格。更換前后有明顯區(qū)別的數(shù)據(jù)見表1。

由表1、表2可知，在濕度增大的情況下更換槽楔后直流耐壓時泄露電流比更換前小，泄露電流主要反映線棒絕緣的整體有無受潮、劣化，更換槽楔后泄漏電流比更換前小，說明更換槽楔后定子整體絕緣性能更優(yōu)。

發(fā)電機(jī)定子交流耐壓試驗(yàn)?zāi)軠?zhǔn)確定位定子繞組局部集中性絕緣問題，尤其是繞組槽口以及槽內(nèi)的絕緣問題，比如局部絕緣惡化以及機(jī)械損傷問題。定子繞組交流耐壓應(yīng)采用串聯(lián)諧振法進(jìn)行，定子繞組的外施交流耐壓值為1.5 Un[5]，交流耐壓試驗(yàn)應(yīng)分相進(jìn)行，被試相加壓，非被試相接地，試驗(yàn)電壓應(yīng)為50 Hz正弦波，諧波分量應(yīng)不超過基波的5%，試驗(yàn)電壓必須在高壓側(cè)測量，耐受試驗(yàn)電壓的時間為1 min。

5 結(jié)束語

系統(tǒng)分析了發(fā)電機(jī)定子槽楔松動的危害性以及槽楔松緊度檢查方法，以江埡水電站3#機(jī)為例，提出優(yōu)化槽楔更換方法，詳細(xì)介紹了更換處理步驟，試驗(yàn)驗(yàn)證表明，槽楔更換優(yōu)化方法效果較好。相關(guān)工作可為今后槽楔安裝工藝優(yōu)化提供借鑒。

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An Optimization Method for Replacing the Stator Slot Wedge of Hydrogenerators

YI Qiang，XIAO Zhibin

（Jiangya Hydropower Station，Hunan Lishui Hydro & Power Co.，Ltd.，Zhangjiajie 427221，China）

Abstract：During the operation of hydrogenerator set，the loosening of stator slot wedge will weaken its fixed effect on the stator wire rod and aggravate the vibration of rod. Long-term operation will damage the main insulator of the wire rod，causing wear and discharge that can jeopardize the safe operation of the generator. Hence，it is imperative to detect the loosening of slot wedge to ensure the generators normal operation. By analyzing methods of checking the slot wedge tightness，we selected the copper hammer tapping method based on the specific circumstance of the power plant. Additionally，we propose an optimized method for replacing the stator slot wedge in line with the existing slot structure. We further conducted field measurements to verify the correctness and feasibility of this approach.

Key words：stator slot wedge；loosening check；slot wedge replacement；optimization method