宮玉龍，仇新明

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱　150040)

巨型機(jī)組定子修復(fù)工藝研究

——官地定子鐵心修復(fù)及定子線棒拆除

宮玉龍，仇新明

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150040)

摘要：通過官地電站2號水輪發(fā)電機(jī)組定子故障修復(fù)，探討了水輪發(fā)電機(jī)巨型機(jī)組定子鐵心損傷處理的幾種工藝方法及定子線棒拆除相關(guān)工藝過程，通過官地2號機(jī)組定子鐵心修復(fù)和定子線棒拆除的實(shí)際操作過程，為同類型巨型機(jī)組提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：巨型水輪發(fā)電機(jī)；定子鐵心；定子線棒

0引言

1故障現(xiàn)象

官地2號水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組于2014年11月11日凌晨出現(xiàn)定子線棒一點(diǎn)接地故障，導(dǎo)致定子線棒及定子鐵心不同程度融毀。經(jīng)吊轉(zhuǎn)子后確認(rèn)，中性點(diǎn)位置附近7根線棒出現(xiàn)不同程度融毀，發(fā)電機(jī)出口位置第7層外側(cè)匯流環(huán)有明顯變形。199～259號、276～314號間線棒及絕緣盒表面大面積燒黑、漆面脫落，259～276號間線棒絕緣燒焦、損壞較為嚴(yán)重(如圖1)。熔出的銅水燒損拉桿絕緣，致使一根拉緊螺桿接地，同時燒斷蹦出，高溫還導(dǎo)致定子鐵心段發(fā)生熔毀(如圖2)，鐵心階梯段及普通片段共6段齒部槽形直接被高溫熔毀，線棒熔化溶液及鐵心熔毀溶液向下流淌至第9段鐵心。上齒壓板、拉緊螺桿、定位筋、RTD元件均不同程度損毀，定子鐵心經(jīng)過片間絕緣檢查(EI-CID)最終確認(rèn)階梯段及普通段共計(jì)9段鐵心片間絕緣損壞。

圖1　定子線棒損毀情況

圖2　定子鐵心融毀

2定子鐵心處理工藝方法及定子線棒拆除工藝過程

2.1根據(jù)現(xiàn)場定子鐵心損毀情況，提出了三種修復(fù)方案

方案1：鐵心損傷可采取局部修復(fù)方案

本方案針對線棒融毀處損傷鐵心采取切割掉融毀處鐵心齒部，采用電腐蝕徹底清理毛刺后部份涂刷絕緣膠，用絕緣材料制作適型假齒并用槽楔及回裝線棒固定假齒。

方案優(yōu)點(diǎn)：局部處理，只需拆除有問題線棒，處理損傷線棒及穿心螺桿部位相應(yīng)鐵心，工作量較小，施工周期短，可以滿足機(jī)組短時間投入運(yùn)行。

方案缺點(diǎn)：哈電尚無如此大型尺寸的假齒應(yīng)用實(shí)踐，且由于局部處理后，更改了定子鐵心局部材質(zhì)結(jié)構(gòu)，磁路發(fā)生改變，機(jī)組運(yùn)行存在隱患，安全運(yùn)行時間不確定。

方案2：定子鐵心沖片局部拆除處理

本方案針對鐵心損傷采取徹底清除受損部位定子扇形片方法。具體工藝過程為拆除受損無法使用線棒，拆除鐵心損傷部位沖片及附近相近范圍沖片，拆除沖片采取V形拆除法，待拆除后徹底清理定子鐵心，回裝定子扇形片，并最終壓緊，鑲嵌相應(yīng)線棒。

方案優(yōu)點(diǎn)：局部拆除損傷沖片及相應(yīng)線棒，節(jié)省時間。

方案缺點(diǎn)：定子沖片拆除后回裝新沖片，鐵心疊壓系數(shù)及最終鐵心壓緊量無法保證，且鐵心壓緊后容易出現(xiàn)不可控形變，存在很大不確定性，機(jī)組運(yùn)行存在隱患。

方案3：定子鐵心徹底修復(fù)方案

本方案工藝過程為拆除定子上下層所有線棒，拆除定子鐵心由于穿心螺桿及線棒融毀損傷部位鐵心段階梯片及普通片(具體高度根據(jù)EL-cid檢測結(jié)果而定)。徹底清理定子鐵心后進(jìn)行相應(yīng)回裝鐵心沖片及線棒。

方案優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)過處理后，可以徹底清除定子鐵心損傷后隱患，保證機(jī)組安全運(yùn)行。

方案缺點(diǎn)：需要拆除所有線棒，且線棒拆除過程中可能對未損傷的線棒產(chǎn)生損傷，導(dǎo)致線棒無法繼續(xù)使用，處理周期相對較長，工作量較大。

通過業(yè)主、安裝局、監(jiān)理單位和各方會議，結(jié)合哈電提出的定子鐵心處理工藝方法，經(jīng)過風(fēng)險(xiǎn)評估、論證，結(jié)合機(jī)組可調(diào)節(jié)搶修周期，最終決定采用先拆除所有定子線棒再拆除損傷段高度定子沖片，進(jìn)行重新下線處理方式，以達(dá)到完全消除故障受損隱患，保證機(jī)組故障修理后滿足長期安全運(yùn)行。

2.2定子線棒拆除工藝

600 MW水輪發(fā)電機(jī)組定子線棒全部拆除屬業(yè)內(nèi)少見，沒有任何可借鑒經(jīng)驗(yàn)，官地定子線棒整體偏長且較單薄，尤其是為了保證槽滿率，半導(dǎo)體無紡布表面涂硅橡膠在機(jī)組安裝時采用了涂層厚度0.4 mm這個較高數(shù)值(涂層厚度使用要求為0.1,0.2,0.3,0.4 mm)，這樣硅橡膠固化膨脹后，導(dǎo)致線棒鑲嵌在槽內(nèi)比較難拆除。為了配合線棒拆除并且保證拆除后線棒具有可修復(fù)性甚至能達(dá)到現(xiàn)場回用條件，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，對線棒拆除工具及拆除工藝進(jìn)行了全面的調(diào)研，制定了詳細(xì)的工藝方案。

在工藝方案制定過程中充分考慮了線棒拆除工具、銅環(huán)拆除、線棒并頭解焊及最終上下層線棒的拆除工藝。首先工具方面，除了使用通用工具，為了保證線棒順利拔出，考慮定子鐵心槽內(nèi)部件結(jié)構(gòu)情況(上下層線棒之間有層間墊條存在，鐵心槽底在定子裝壓完成后噴涂6135低阻漆)，提制了兩種不同材質(zhì)(斜度為1∶25)的斜楔配合線棒拆除：環(huán)氧玻璃布胚板及不銹鋼材質(zhì)，長度分別為1 200 mm,3 100 mm。由于鋼楔加工材質(zhì)要求較高，加工周期較長，通過調(diào)研結(jié)合電站庫存情況，磁軛副鍵備品尺寸符合提制鋼楔各項(xiàng)要素指標(biāo)(外形尺寸、剛度等)。經(jīng)過現(xiàn)場處理立即可以投入使用，對磁軛副鍵小頭端進(jìn)行減薄斜面處理，端部磨至3 mm左右厚度且四周圓角過渡，磁軛副鍵通長四周修磨圓角，以防止楔進(jìn)鐵心過程中對定子鐵心造成二次損傷。其次在銅環(huán)拆除過程中優(yōu)先考慮整體拆除，這樣在后期回裝能最大限度的節(jié)省安裝時間，但是鑒于銅環(huán)在定子故障時造成大約六分之一范圍銅環(huán)絕緣及銅環(huán)支架不同程度碳化，要進(jìn)行絕緣鏟除后重新繞包絕緣處理，整體拆除對后期絕緣繞包操作空間及絕緣支架更換工作難度較大，決定采用分層整段拆除，保證銅環(huán)的整體性，這樣能最大限度的節(jié)省拆除及后期回裝時間。在銅環(huán)拆除后起吊存放過程中考慮到銅環(huán)圓周跨度較大，吊車起吊過程吊點(diǎn)要分布均勻而且盡可能的多布置吊點(diǎn)從而保證銅環(huán)整體均衡受力，避免受力不均導(dǎo)致絕緣開裂、損壞。在線棒并頭解焊過程中，鑒于中頻焊機(jī)解焊條件制約要素較多(設(shè)備、人力資源、時間等)，決定采用氣焊解焊工藝，氣焊設(shè)備及操作人員要求相對要求限制因素較少，在解焊過程中需對線棒端部絕緣進(jìn)行包繞保護(hù)，并同時進(jìn)行必要的冷卻降溫，防止并頭開焊過程中熱傳遞損傷絕緣。最為關(guān)鍵的一步就是定子線棒從定子鐵心槽內(nèi)拔出，由于線棒安裝槽滿率過高，線棒必將受強(qiáng)力破壞力才能從槽內(nèi)脫出，為了保證線棒的拆除后保證較好的直線度，達(dá)到能最大限度的修復(fù)回用、降低修復(fù)成本，這就要認(rèn)真分析線棒拔出受力點(diǎn)位置，線棒拔出過程中要均衡線棒受力情況，保證線棒拆除后的直線度。

上、下層線棒拆除過程：經(jīng)過受力分析及線棒實(shí)際在槽內(nèi)位置情況，現(xiàn)場采用在線棒上下端的斜線部位近槽處各用一個手拉葫蘆上下輪回受力，先將線棒上端拉出約10 mm空間位置，插入工具楔子，通過楔進(jìn)上層線棒背部擠壓上層線棒，使上層線棒松動后再配合線棒兩端小幅不斷晃動達(dá)到讓線棒脫離定子鐵心槽內(nèi)。但是由于槽滿率過高定子硅橡膠固化后線棒在定子槽內(nèi)異常牢固，環(huán)氧玻璃布板斜楔硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到使用效果就被擊打受力過大損壞。綜合考慮后決定直接使用鋼楔，采用先通插入短鋼楔，待短鋼楔全部打入鐵心后拔出更換長鋼楔，長鋼楔全部打入槽內(nèi)后，根據(jù)線棒在槽內(nèi)緊固實(shí)際情況，必要時可以配對使用鋼楔打入槽內(nèi)，最終使線棒直線段整體出槽完成線棒拔出。拔出下層線棒過程中，由于下層線棒與鐵心之間僅有一層6135低阻漆，無法直接使用鋼制斜楔，經(jīng)調(diào)研采用墊條配合鋼楔楔進(jìn)拔出下層線棒的方案，將層間墊條剝?nèi)∵m當(dāng)厚度墊在鐵心槽底，配合鋼楔打入鐵心長度不斷調(diào)整墊條深入鐵心長度，達(dá)到保護(hù)鐵心目的。根據(jù)線棒拆出槽后直線度情況，采用上、下端手動葫蘆拉可移動軟吊帶，軟吊帶隨著線棒出槽位置空間不斷移動，避免作用點(diǎn)集中于端部使線棒受力后應(yīng)力集中出現(xiàn)導(dǎo)致中上部彎曲現(xiàn)象。線棒垂直方向作用力拉線棒時，考慮線棒中間受力變形，采用拉上端時下端推回槽內(nèi)，拉下端上端推回槽內(nèi)，這樣來回反復(fù)晃動線棒，配合使用鋼楔，使之脫離原有位置直至移動出槽內(nèi)，保證線棒所受應(yīng)力最大限度的偏移(如圖3)。通過試驗(yàn)試拔故障損壞處上下層線棒，工具對鐵心無任何損傷，拔出線棒形狀及直線度良好，符合返廠修復(fù)條件，驗(yàn)證了工藝方案的可執(zhí)行性。

根據(jù)對拆除線棒要求：端部防暈層破壞、槽內(nèi)主絕緣層破壞厚度不超過0.8 mm、端部防暈段外的絕緣層破壞厚度不超過1.1 mm，直線度不超過2 mm/m均可進(jìn)行修復(fù)后再次使用，官地定子線棒總計(jì)1 260根，除去定子一點(diǎn)接地故障直接燒毀113根，返哈電可進(jìn)行修復(fù)線棒1 090根，線棒拆除完好率達(dá)到95%。

圖3　定子線棒拆除

3結(jié)語

由于巨型機(jī)組線棒整臺機(jī)拆除無任何成型的可借鑒經(jīng)驗(yàn)，所有操作都是依據(jù)官地電站具體條件并結(jié)合現(xiàn)場施工，根據(jù)實(shí)際修復(fù)情況不斷地調(diào)整、完善工藝方案，最終順利的完成了線棒拆除及損毀段鐵心沖片拆除工作。定子線棒從11月27日拆除絕緣盒到下層線棒全部拆除完成僅僅用時一個月，定子鐵心拆除10段約450 mm高僅用時6天，短時高效的拆除工作為定子的整體修復(fù)贏得了寶貴的時間，打下了堅(jiān)實(shí)牢靠的基礎(chǔ)。官地2號水輪發(fā)電機(jī)經(jīng)過修復(fù)，已于2015年5月16日并網(wǎng)發(fā)電投入商運(yùn)，官地2號機(jī)組定子鐵心修復(fù)工作在600 MW及以上容量機(jī)組的定子鐵心大面積修復(fù)及定子線棒整體拆除開辟了先河，為同類巨型機(jī)組定子線棒拆除及鐵心拆除修復(fù)積累了寶貴的可借鑒成功經(jīng)驗(yàn)。