王國(guó)仁，李采榮，江培生

（1.晉能控股山西電力股份有限公司，山西 太原030031；2.晉控電力山西工程有限公司，山西永濟(jì)044500；3.哈爾濱四方發(fā)電設(shè)備有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150080）

0 引言

汽輪發(fā)電機(jī)是發(fā)電廠的主要設(shè)備，而定子鐵芯則是發(fā)電機(jī)的核心部件，在制造、運(yùn)行、檢修等過(guò)程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)鐵芯表面因外力作用所引發(fā)的定子鐵芯沖片局部短路或因鐵芯表面的片間絕緣損壞等[1]，導(dǎo)致鐵芯局部齒部松動(dòng)，影響汽輪發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。近年來(lái)，部分國(guó)產(chǎn)汽輪發(fā)電機(jī)在投運(yùn)一段時(shí)間后出現(xiàn)了鐵芯齒部松動(dòng)，甚至端部鐵芯齒部折斷或通風(fēng)槽鋼折斷、缺損的現(xiàn)象。鐵芯松動(dòng)后將引起鐵芯振動(dòng)甚至齒部折斷，導(dǎo)致定子線棒絕緣磨損，嚴(yán)重時(shí)絕緣損壞將引起定子繞組接地或相間短路，造成發(fā)電機(jī)故障停機(jī)，因此加強(qiáng)汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯松動(dòng)原因分析及處理措施研究十分重要。

1 發(fā)電機(jī)定子鐵芯松動(dòng)造成的危害

汽輪發(fā)電機(jī)的定子鐵芯一般選用0.5 mm厚的硅鋼片疊壓而成，在運(yùn)行中承受著溫度、電磁轉(zhuǎn)矩和各種頻率的振動(dòng)，在端部鐵芯齒上，由于漏磁的軸向拉力，還會(huì)引起軸向振動(dòng)并產(chǎn)生異音[2]。

鐵芯的振動(dòng)不一定立即造成重大事故，但持續(xù)振動(dòng)會(huì)磨損線圈絕緣及硅鋼片絕緣漆膜，導(dǎo)致鐵芯渦流損耗增加，渦流損耗增加又會(huì)產(chǎn)生局部過(guò)熱進(jìn)而加速硅鋼片絕緣的老化。在中小型汽輪發(fā)電機(jī)中（小于100 MW），片間短路僅僅引起鐵芯損耗的增加和輕微發(fā)熱，但在200 MW及以上的汽輪發(fā)電機(jī)中，硅鋼片片間短路會(huì)造成鐵芯發(fā)熱、斷片、斷通風(fēng)槽鋼等事故，嚴(yán)重時(shí)甚至燒熔鐵芯。另外，鐵芯整體松動(dòng)振動(dòng)還可能引起槽楔松動(dòng)磨損，引發(fā)線棒絕緣的磨損，進(jìn)而破壞端部引線固定塊的整體結(jié)構(gòu)模態(tài)[3]，引起定子繞組接地或相間短路，造成發(fā)電機(jī)故障停機(jī)。

發(fā)電機(jī)定子鐵芯松動(dòng)造成的危害案例如下：某電廠1號(hào)發(fā)電機(jī)抽轉(zhuǎn)子后，檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)定子鐵芯松動(dòng)，第25號(hào)和26號(hào)線棒之間的端部階梯硅鋼片燒熔；某電廠4號(hào)發(fā)電機(jī)檢修，檢查發(fā)現(xiàn)因定子鐵芯松動(dòng)，造成硅鋼片漆膜損壞，發(fā)熱燒熔鐵芯，斷齒斷片；某電廠1號(hào)發(fā)電機(jī)定子鐵芯松動(dòng)造成硅鋼片片間漆膜損壞、發(fā)熱、燒熔鐵芯導(dǎo)致線棒絕緣燒毀接地；某電廠300 MW汽輪發(fā)電機(jī)因定子鐵芯松動(dòng)引起漆膜損傷，油泥析出，大引線緊固件螺母及絕緣螺桿松動(dòng)、磨損甚至丟失。

2 發(fā)電機(jī)定子鐵芯松動(dòng)的原因分析

發(fā)電機(jī)定子鐵芯是由數(shù)張扇形硅鋼片組成圓形后，通過(guò)定位筋定位一層層疊放壓裝而成。硅鋼片在壓裝過(guò)程中要分段進(jìn)行加壓和加熱加壓，使硅鋼片間絕緣涂層收縮來(lái)保證緊密度。國(guó)產(chǎn)大型汽輪發(fā)電機(jī)制造工藝在近30年來(lái)得到一定的改進(jìn)，在防止鐵芯松動(dòng)工藝中增加了分段預(yù)壓和加熱把緊新工藝。在制造廠，質(zhì)量檢查時(shí)鐵芯是緊密的，可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求的片間壓力值。但電機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后檢修時(shí)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)200 MW、300 MW發(fā)電機(jī)定子鐵芯整體出現(xiàn)松動(dòng)的現(xiàn)象，定位筋拉緊螺桿的螺母松動(dòng)，鐵芯硅鋼片片間壓力已達(dá)不到設(shè)計(jì)預(yù)期緊力。經(jīng)分析研究，發(fā)電機(jī)定子鐵芯松動(dòng)的原因有以下幾方面。

a）發(fā)電機(jī)硅鋼片絕緣漆涂層在受熱和受壓下發(fā)生收縮，使硅鋼片片間緊量下降導(dǎo)致鐵芯松動(dòng)。這是因?yàn)榘l(fā)電機(jī)在運(yùn)行中，鐵芯的溫度比機(jī)座、定位筋要高很多，鐵芯的熱膨脹使鐵芯硅鋼片受到一個(gè)附加的壓力，在高溫和振動(dòng)狀態(tài)下，硅鋼片絕緣漆膜被軟化，較厚的漆膜高點(diǎn)被塑性壓平，硅鋼片之間被進(jìn)一步密合，發(fā)電機(jī)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行后鐵芯中原保存的片間壓力降低，這樣就產(chǎn)生了整體松動(dòng)現(xiàn)象。

b）定子鐵芯硅鋼片間涂刷的絕緣漆厚度不勻或使用不同品牌的絕緣漆，發(fā)電機(jī)在運(yùn)行一段時(shí)間后，由于硅鋼片之間收縮度不一致，導(dǎo)致硅鋼片間壓力降低而造成鐵芯松動(dòng)。國(guó)產(chǎn)有機(jī)漆涂層厚度在雙面達(dá)0.03～0.037 mm，而德國(guó)產(chǎn)水溶劑漆涂層厚度在雙面僅有0.018～0.021 mm。

c）發(fā)電機(jī)在運(yùn)行一段時(shí)間后，其穿芯螺桿、定位筋螺桿的彈性緊力變小，造成鐵芯松動(dòng)。

d）發(fā)電機(jī)風(fēng)道隔筋存在高低不平現(xiàn)象，導(dǎo)致鐵芯松動(dòng)。

e）發(fā)電機(jī)鐵芯壓緊工藝不好，導(dǎo)致沿整個(gè)內(nèi)圓周齒部壓力不均勻，造成齒部出現(xiàn)有緊有松的狀態(tài)。風(fēng)道隔筋在長(zhǎng)期振動(dòng)下松動(dòng)直至脫落，造成鐵芯松動(dòng)。

f）發(fā)電機(jī)內(nèi)部漏油造成定子鐵芯松動(dòng)、磨損。當(dāng)密封油油污進(jìn)入發(fā)電機(jī)定子鐵芯片間后，硅鋼片之間的絕緣涂漆受到了油污的侵蝕，在倍頻交變電磁力的作用下發(fā)生振動(dòng)和摩擦，造成了定子鐵芯的松動(dòng)、磨損。

g）發(fā)電機(jī)勵(lì)端收緊力不夠造成鐵芯松動(dòng)。由于發(fā)電機(jī)勵(lì)端有出線，空間比較狹小，發(fā)電機(jī)進(jìn)行定位筋螺桿、穿心螺桿緊固時(shí)一般是在空間相對(duì)較為寬裕的汽端進(jìn)行，導(dǎo)致傳遞到發(fā)電機(jī)勵(lì)端收緊力相對(duì)較小，造成發(fā)電機(jī)勵(lì)端鐵芯松動(dòng)。

3 發(fā)電機(jī)定子鐵芯松動(dòng)處理工藝方案

200 MW以上汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行中因鐵芯松動(dòng)而造成的接地故障，通常的處理方法有以下幾種：一是將發(fā)電機(jī)運(yùn)到制造廠修理。二是現(xiàn)場(chǎng)將全部定子線圈線棒取出，用特制的600 t臥式油壓機(jī)將鐵芯二次重新壓緊，然后恢復(fù)線棒繞組裝配。此方法工期長(zhǎng)、費(fèi)用多、工藝復(fù)雜。三是現(xiàn)場(chǎng)采用高壓油缸系統(tǒng)壓緊定子鐵芯。目前采用高壓油缸系統(tǒng)恢復(fù)鐵芯設(shè)計(jì)緊量是處理200 MW、300 MW、600 MW定子鐵芯松動(dòng)最為簡(jiǎn)便、低價(jià)、快速的方法。

4 高壓油缸系統(tǒng)壓緊定子鐵芯工藝流程

4.1 壓緊鐵芯前的檢查工作

a）用吸塵器清理定子鐵芯內(nèi)部。

b）檢查定子鐵芯內(nèi)部，檢查定子鐵芯齒部是否有磕碰等損傷。

c）用鐵芯測(cè)緊度刀檢查定子鐵芯緊度，鐵芯背部用鐵芯測(cè)緊度刀測(cè)試插進(jìn)量，并做好記錄。

d）按DL/T 596—1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行鐵損試驗(yàn)并處理鐵芯過(guò)熱點(diǎn)。

e）檢查鐵芯壓圈與機(jī)座隔板之間的間隙，標(biāo)準(zhǔn)尺寸為10 mm（有橡膠密封條）。

f）測(cè)量鐵芯長(zhǎng)度并記錄。

g）測(cè)量汽勵(lì)壓圈至機(jī)座端面的距離并記錄。

4.2 壓緊鐵芯前的準(zhǔn)備工作

a）將3個(gè)千斤頂頂在繞組端部下面的3個(gè)支架板上，保證發(fā)電機(jī)定子端部固定牢固，防止在彈簧板把合螺釘松開時(shí)，整個(gè)端部下沉，導(dǎo)致定子線圈受力而損傷。

b）在汽、勵(lì)兩端適當(dāng)位置各拆除4根絕緣引水管，以便操作者進(jìn)入定子端部進(jìn)行維護(hù)操作。

c）將定子繞組端部彈簧板與定子壓圈的把合螺栓松開，并旋出約5 mm，但不能全部旋出，此時(shí)用塞尺測(cè)量彈簧板下與銅屏蔽的配合間隙，測(cè)墊片四角，并編號(hào)和記錄。

4.3 定子鐵芯的壓緊

a）拆除鎖緊定位筋兩端螺母的固化滌綸玻璃絲繩，用M56螺母試擰入以便清除殘留的環(huán)氧膠。檢查定位筋螺紋伸出螺母的長(zhǎng)度，編號(hào)并記錄每根定位筋螺紋伸出的長(zhǎng)度。

b）根據(jù)測(cè)量結(jié)果決定從汽端或勵(lì)端開始?jí)壕o鐵芯。

c）在一端的定位筋螺紋上安裝液壓螺栓拉伸器，要求18個(gè)拉伸器必須全部安裝并連接油管路、油泵。

d）在機(jī)座1點(diǎn)鐘、4點(diǎn)鐘、7點(diǎn)鐘和10點(diǎn)鐘的位置各固定1塊百分表，表頭垂直壓在壓圈上，百分表應(yīng)預(yù)先壓緊5 mm。

e）緩慢升高油泵壓力至99 MPa，此時(shí)對(duì)應(yīng)壓緊壓力為800 t，保持壓力30 min，如果壓力下降，繼續(xù)升壓至99 MPa，直至壓力不變。

f）旋緊定位筋螺母。

g）釋放油泵的壓力，記錄百分表的讀數(shù)。

h）重復(fù)e）～g）步驟。

i）重新測(cè)量每根定位筋螺紋伸出的長(zhǎng)度并做好記錄。

j）測(cè)量壓圈至機(jī)座端面的距離并記錄。

k）重復(fù)c）～j）步驟，壓緊鐵芯另一端。

l）測(cè)量鐵芯長(zhǎng)度并記錄。

4.4 壓緊后處理

a）加墊端部彈簧板下的墊片。用塞尺測(cè)量彈簧板下與銅屏蔽配合間隙，測(cè)墊片四角，并編號(hào)和記錄。根據(jù)測(cè)量結(jié)果決定增加墊片的厚度。加入增加的墊片，擰緊把合螺栓。

b）若鐵芯單側(cè)壓縮量超過(guò)5 mm，應(yīng)更換彈簧板與壓圈的不銹鋼把合螺栓。

c）檢查槽口墊塊，若與銅屏蔽沒(méi)有靠嚴(yán)，應(yīng)拆出后重新裝入并綁好。

d）用浸膠滌綸玻璃絲繩鎖緊定位筋螺母。

e）安裝絕緣引水管，用氟利昂檢漏，并按JB/T 6228—2014《汽輪發(fā)電機(jī)繞組內(nèi)部水系統(tǒng)檢驗(yàn)方法及評(píng)定》進(jìn)行定子繞組水路氣密試驗(yàn)，合格后再包絕緣材料。

4.5 進(jìn)行發(fā)電機(jī)鐵損試驗(yàn)

進(jìn)行發(fā)電機(jī)鐵損試驗(yàn)，檢查鐵芯片間絕緣并再次處理鐵芯過(guò)熱點(diǎn)，同時(shí)用鐵芯緊度刀片檢查鐵芯緊度和測(cè)量拉緊螺桿伸長(zhǎng)來(lái)了解鐵芯壓縮量。

4.6 清理作業(yè)區(qū)

清理干凈作業(yè)區(qū)域并清點(diǎn)帶入機(jī)內(nèi)的工具，確認(rèn)已攜出。

5 發(fā)電機(jī)定子鐵芯松動(dòng)處理后的驗(yàn)收試驗(yàn)

發(fā)電機(jī)定子鐵芯松動(dòng)處理后需進(jìn)行發(fā)電機(jī)定子鐵芯損耗試驗(yàn)，檢查發(fā)電機(jī)定子鐵芯硅鋼片片間絕緣情況以及鐵芯疊裝或檢修過(guò)程中有無(wú)局部損傷，并對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)其是否達(dá)到要求。

5.1 高磁法試驗(yàn)

此試驗(yàn)要求在鐵芯中產(chǎn)生接近于運(yùn)行狀態(tài)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，通常采用廠用6 kV作為勵(lì)磁電源，當(dāng)磁通量達(dá)到1.4 T（特斯拉）后，使用紅外熱成像儀查找過(guò)熱點(diǎn)，判斷標(biāo)準(zhǔn)如下。

a）根據(jù)規(guī)程要求，勵(lì)磁磁通密度為1.4 T（特斯拉）下持續(xù)試驗(yàn)時(shí)間為45 min。磁密在1 T（特斯拉）時(shí)下齒的最高溫升不超過(guò)25 K，齒的最大溫差不大于15 K，單位損耗不大于1.3倍參考值[4]。

b）鐵損試驗(yàn)中鐵芯各部分溫升和鐵損值與出廠值比較，不應(yīng)有明顯的增大。

5.2 低磁法試驗(yàn)

低磁法也叫ELCID（electro-magnetic core imperfection detector）試驗(yàn)法，該試驗(yàn)方法要求在鐵芯中產(chǎn)生的磁通密度僅為正常運(yùn)行時(shí)磁通密度的4%，試驗(yàn)中利用電磁原理采用磁位計(jì)查找鐵芯故障電流，這個(gè)方法相對(duì)高磁法大大減小了試驗(yàn)電源容量，同時(shí)也避免了故障鐵芯部位進(jìn)一步擴(kuò)大。判斷標(biāo)準(zhǔn)：以100 mA作為4%額定激磁時(shí)判斷的閥值，即各槽交軸電流值不超過(guò)100 mA[5]。

6 結(jié)論及建議

a）加強(qiáng)發(fā)電機(jī)制造和安裝調(diào)試階段的監(jiān)督。在制造廠監(jiān)造發(fā)電機(jī)鐵芯制作、鐵芯壓裝平整度、鐵芯壓緊、鐵損試驗(yàn)、穿芯螺桿緊力配合和螺母的鎖緊等，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)安裝階段的驗(yàn)收，避免在安裝中損傷鐵芯。

b）國(guó)產(chǎn)大型汽輪發(fā)電機(jī)200 MW、300 MW、600 MW經(jīng)過(guò)365天以上負(fù)載運(yùn)行后定子鐵芯將逐漸出現(xiàn)整體松動(dòng)，應(yīng)抽出轉(zhuǎn)子檢查并重新打緊定子槽楔，更換彈性波紋板。

c）經(jīng)常性進(jìn)行例行檢查，聽發(fā)電機(jī)各負(fù)荷階段是否存在異音，特別注意額定負(fù)載的0.618倍時(shí)的振動(dòng)和異音；累計(jì)投運(yùn)23 000 h應(yīng)采用高壓油系統(tǒng)重新壓緊定子鐵芯，以保證發(fā)電機(jī)定子鐵芯硅鋼片片間壓力基本保持恒定。

d）出現(xiàn)急劇變化的異音時(shí)應(yīng)立即停機(jī)檢查處理，以避免發(fā)生重大接地故障。

e）加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行中定子鐵芯溫度及發(fā)電機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)視，結(jié)合定子線圈層間及出水溫度、發(fā)電機(jī)各瓦振動(dòng)參數(shù)、冷熱氫溫度、運(yùn)行中異音情況，定期對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況進(jìn)行分析。

f）提高檢修質(zhì)量，避免向發(fā)電機(jī)內(nèi)部漏油。運(yùn)行中應(yīng)定期檢查油污積存情況，檢查發(fā)電機(jī)底部油污排出閥液位報(bào)警裝置，采取技術(shù)和管理措施杜絕向發(fā)電機(jī)內(nèi)部漏油。