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(1.中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)四川電力開發(fā)有限公司，成都，610041；2.四川圣達(dá)水電開發(fā)有限公司，四川 樂山，614900)

1 概況

四川大渡河沙灣水電站位于四川省樂山市沙灣區(qū)葫蘆鎮(zhèn)河段，為大渡河干流下游河段梯級(jí)開發(fā)的第一級(jí)水電站，開發(fā)任務(wù)是以發(fā)電為主，兼顧灌溉。水庫(kù)正常蓄水位432.0m，總庫(kù)容4867萬(wàn)m3。沙灣水電站安裝4臺(tái)單機(jī)容量120MW的軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)總?cè)萘?80MW。2005年12月主體工程開工，2009年4月首臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，2010年3月4臺(tái)機(jī)組全部并網(wǎng)發(fā)電。

沙灣水電站4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組由東方電機(jī)廠制造，型號(hào)為SF120-78/13200，1#機(jī)組于2009年4月投產(chǎn)發(fā)電。在投產(chǎn)后短短幾年間，生產(chǎn)運(yùn)行人員便發(fā)現(xiàn)機(jī)組存在振動(dòng)和噪聲偏大的問(wèn)題，并經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)隨負(fù)荷的增加而加大，且不同方向振動(dòng)和噪聲均不一樣。為了探尋其原因，我們利用機(jī)組檢修的機(jī)會(huì)，對(duì)1#機(jī)組進(jìn)行了全面檢查，發(fā)現(xiàn)1#機(jī)組多處存在定子鐵芯變形問(wèn)題。

2 定子鐵芯檢查情況

對(duì)1#發(fā)電機(jī)上下端部同一軸線16個(gè)方向的空氣間隙、定子鐵芯波浪度、波浪范圍、鐵芯高度、鐵芯松動(dòng)間隙及拉緊螺桿扭矩進(jìn)行了測(cè)量，其空氣間隙測(cè)量示意見圖1所示。

圖1a 圖2b

圖1 發(fā)電機(jī)16個(gè)方向空氣間隙測(cè)量

數(shù)據(jù)表明：①上部平均間隙16.82mm，略小于標(biāo)準(zhǔn)間隙(17mm)。最大間隙17.90mm，與平均間隙之差為1.08mm，為平均間隙的6%。最小間隙15.16mm，與平均間隙之差為-1.66mm，為平均間隙的-10%；②下部平均間隙17.18mm，略大于標(biāo)準(zhǔn)間隙(17mm)：最大間隙18.38mm，與平均間隙之差為1.20mm，為平均間隙的7%；最小間隙16.10mm，與平均間隙之差為-1.08mm，為平均間隙的-6%。以此判斷出1#發(fā)電機(jī)可能存在定轉(zhuǎn)子不同心。

拆除機(jī)組12個(gè)空氣冷卻器，仔細(xì)檢查定子鐵芯，發(fā)現(xiàn)有10處位置段出現(xiàn)鐵芯變形，所測(cè)數(shù)據(jù)大多超過(guò)圖紙要求鐵芯高度(1528mm～1535mm)的標(biāo)準(zhǔn)范圍，其具體數(shù)據(jù)及測(cè)量示意見表1、圖2。

表1 鐵芯變形檢查測(cè)量

圖2 鐵芯變形示意

用電動(dòng)液壓扭矩扳手預(yù)緊拉緊螺桿螺栓時(shí)，部分螺桿力矩僅為1100N·m左右，遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)值1520N·m。

在檢查中還發(fā)現(xiàn)，部分鐵芯沖片與定位筋接觸處存在斷齒現(xiàn)象，斷裂造成的微小碎片掉落于機(jī)組環(huán)板處。在1#空氣冷卻器處，一定位筋與托板接觸處損壞，掉落一塊約30mm長(zhǎng)弧形碎片，由此可判定1#發(fā)電機(jī)組定子鐵芯存在松動(dòng)現(xiàn)象。

3 定子鐵芯變形危害及原因分析

定子鐵芯變形將會(huì)形成一種磁振動(dòng)，如果機(jī)組長(zhǎng)期在這種狀態(tài)下運(yùn)行，勢(shì)必會(huì)引起機(jī)組噪音增大，振動(dòng)加劇，破壞原機(jī)組的磁路線，形成不正常、不規(guī)則的磁路，改變?cè)瓩C(jī)組的正常運(yùn)行狀態(tài)，造成定、轉(zhuǎn)子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損壞，給機(jī)組結(jié)構(gòu)造成無(wú)法預(yù)知的破壞，進(jìn)而導(dǎo)致重大事故。形成的原因主要有以下幾種：

3.1 機(jī)組安裝質(zhì)量問(wèn)題，特別是定位筋的安裝至關(guān)重要。在掛定位筋時(shí)，要充分考慮定位筋與沖片間隙配合，沙灣水電站1#發(fā)電機(jī)定位筋與沖片間隙設(shè)計(jì)值為0.2mm，而實(shí)際上有很多變形的硅鋼片長(zhǎng)度遠(yuǎn)超兩條定位筋之間的距離。

3.2 定子硅鋼片的質(zhì)量較差、絕緣漆或氧化膜厚度不均勻，硅鋼片有不同程度的不平度或去毛刺不徹底。這些都會(huì)影響到定子鐵芯的安裝質(zhì)量。如果存在以上因素，在定子鐵芯裝壓時(shí)就壓不緊、壓不實(shí)，在安裝后波浪度也較大，這正吻合了實(shí)測(cè)結(jié)果。誠(chéng)然，哪怕在機(jī)組安裝時(shí)定子鐵芯確已壓緊，但在機(jī)組運(yùn)行時(shí)由于巨大的電磁力矩以及多次開停機(jī)熱脹冷縮的作用，也會(huì)導(dǎo)致定子鐵芯松動(dòng)。

3.3 發(fā)電機(jī)定子鐵芯壓緊工藝難度較大，特別是手工壓緊更是如此。在定子鐵芯現(xiàn)場(chǎng)疊片組裝后，不能完全確保192根螺桿對(duì)鐵芯的壓緊力一致，在1#發(fā)電機(jī)啟、停過(guò)程中，由于熱脹冷縮不均勻，會(huì)導(dǎo)致鐵芯波浪度以及硅鋼片層間間隙增大。

3.4 定子鐵芯拉緊螺桿質(zhì)量問(wèn)題。沙灣水電站定子鐵芯的拉緊螺桿扭矩為1520N·m，要承受如此高的力矩對(duì)應(yīng)的拉力，對(duì)拉緊螺桿的機(jī)械強(qiáng)度有較高的要求。如果材料質(zhì)量不好，其機(jī)械性能將會(huì)受到限制，不能獲得較高的片間壓力和裝壓質(zhì)量。

3.5 定子鐵芯拉緊螺桿的把合螺母沒有采取可靠的鎖定措施，也是造成定子鐵芯松動(dòng)的重要原因。1#發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中，由于要受機(jī)械和齒諧波振動(dòng)的作用，把合螺母在這種交變壓力的長(zhǎng)期作用下會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)，從而造成定子鐵芯的松動(dòng)。

4 定子鐵芯變形防范措施

4.1 加強(qiáng)1#發(fā)電機(jī)組安裝質(zhì)量的控制，防止定子鐵芯在運(yùn)行中出現(xiàn)松動(dòng)。在定子鐵芯裝壓的過(guò)程中，重點(diǎn)要對(duì)定位筋的安裝調(diào)整、疊片控制、鐵芯的壓緊等加強(qiáng)控制。由于目前一般都采用浮動(dòng)定位筋，因此在定位筋與托板間預(yù)留的間隙就顯得尤為重要。在定子裝壓的整個(gè)過(guò)程中，都要確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、真實(shí)性及可靠性，以保證定子鐵芯的安裝質(zhì)量。

4.2 定子鐵芯硅鋼片選材用低損耗、無(wú)老化、高導(dǎo)磁率的優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片，兩側(cè)涂刷的絕緣漆厚度均勻且不應(yīng)超過(guò)0.025mm；拉緊螺桿采用高性能冷拉圓鋼管，其機(jī)械強(qiáng)度應(yīng)能滿足所承受的拉力，以保證硅鋼片的層間壓力和安裝質(zhì)量。

4.3 為控制定子鐵芯的熱膨脹量，可增加通風(fēng)溝的數(shù)量。這樣冷卻空氣在定子鐵芯內(nèi)部流通時(shí)更加順暢平衡，使定子鐵芯冷卻更均勻、更充分，提高了定子鐵芯的冷卻效果，減少了定子鐵芯因溫度升高所引起的熱膨脹量。

4.4 為增加定子鐵芯剛度，便于定子鐵芯壓緊，減少定子鐵芯振動(dòng)，在定子鐵芯軛部增加高強(qiáng)度的、非磁性穿心螺栓，以加強(qiáng)定子鐵芯的把緊力。同時(shí)，在穿心螺桿和拉緊螺桿端部裝設(shè)蝶形彈簧，使壓緊后的螺桿有一定的伸長(zhǎng)值，加之蝶形彈簧有一定的壓縮量，所以當(dāng)定子鐵芯長(zhǎng)期運(yùn)行后發(fā)生伸縮時(shí)，螺桿的伸長(zhǎng)和蝶形彈簧的壓縮量可以起到補(bǔ)償作用，仍能維持對(duì)定子鐵芯必須的壓緊力，保證定子鐵芯長(zhǎng)期運(yùn)行后不會(huì)松動(dòng)。

5 1#發(fā)電機(jī)組定子鐵芯變形處理方法

利用電動(dòng)液壓扭矩扳手，分別把緊192個(gè)拉緊螺桿螺栓。由于定子鐵芯下部拉緊螺桿螺母已被點(diǎn)焊，所以只需把緊鐵芯上部拉緊螺桿螺栓即可。整個(gè)把緊過(guò)程分4個(gè)回合，每個(gè)回合都是一圈，分別對(duì)稱、分次把緊，對(duì)應(yīng)的把緊扭矩依次為1100N·m、1300N·m、1400N·m、1520N·m。每次把緊后都要測(cè)量鐵芯高度、定子絕緣，意在對(duì)比壓緊情況，分析拉緊過(guò)程中定子絕緣是否受損。

通過(guò)對(duì)拉緊螺桿螺栓把緊，定子鐵芯松動(dòng)現(xiàn)象有所好轉(zhuǎn)。拉緊處理后鐵芯變形松動(dòng)處高度值、范圍及松動(dòng)間隙數(shù)值見表2所示。

表2 拉緊處理后鐵芯變形測(cè)量

利用電動(dòng)液壓扭矩扳手把緊拉緊螺桿螺栓，能夠?qū)﹁F芯變形起到很大抑制作用，但是，在鐵芯變形松動(dòng)處上部粘膠片與普通片之間仍然存在累積間隙，所以還需要采用斜楔子對(duì)間隙進(jìn)行打緊處理。楔子由環(huán)氧酚醛玻璃布板3240制成，分為長(zhǎng)度為100mm、250mm的兩種規(guī)格，分別對(duì)10處松動(dòng)處進(jìn)行打緊處理。如果不打楔子，那么松動(dòng)的硅鋼片在巨大的電磁力矩作用下，會(huì)產(chǎn)生來(lái)回彈動(dòng)，長(zhǎng)期反復(fù)以往，硅鋼片片間絕緣就會(huì)損壞，在內(nèi)部形成渦流，造成鐵芯發(fā)熱。如果不及時(shí)處理，將會(huì)惡性循環(huán)，絕緣被大量損壞，發(fā)熱現(xiàn)象越發(fā)嚴(yán)重，甚至導(dǎo)致機(jī)組重大事故。

通過(guò)以上兩種方法處理，機(jī)組在恢復(fù)后帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)噪聲和振動(dòng)明顯減小，1#發(fā)電機(jī)組層噪聲沒有“嗡嗡聲”。經(jīng)對(duì)定子機(jī)座的水平振動(dòng)測(cè)試(處理前、后數(shù)據(jù)對(duì)比詳見3)，機(jī)座水平振動(dòng)明顯下降，效果明顯。

表3 定子機(jī)座水平振動(dòng)測(cè)量

6 結(jié)語(yǔ)

造成發(fā)電機(jī)組定子鐵芯變形的原因有很多，若不加以及時(shí)處理，將會(huì)為以后發(fā)電機(jī)組運(yùn)行埋下極大的安全隱患。但是，該問(wèn)題很多時(shí)候都是在機(jī)組已經(jīng)安裝成型且投產(chǎn)使用一段時(shí)間后才會(huì)暴露出來(lái)，采用定子鐵芯拉緊與加打楔子處理，是一種既能滿足功能需求，同時(shí)也能最大限度控制維護(hù)費(fèi)用的方法，值得推廣應(yīng)用。