(1哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱 150040；2發(fā)電設備國家工程研究中心，黑龍江哈爾濱 150040)

汽輪發(fā)電機定子端部松動的檢修方法

侯建

(1哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱 150040；2發(fā)電設備國家工程研究中心，黑龍江哈爾濱 150040)

根據(jù)600MW大型汽輪發(fā)電機運行初期定子端部出現(xiàn)松動的問題，經(jīng)停機檢修，結果表明其固定和綁扎拉緊系統(tǒng)、特別是承擔徑向拉緊的拉緊楔塊與絕緣螺桿已經(jīng)松動，這將導致災難性后果。為了消除隱患，提出了全新的修復措施，推廣應用到國內(nèi)其它發(fā)電站同型發(fā)電機上，運行結果證明，效果良好，松動現(xiàn)象不再復發(fā)。

汽輪發(fā)電機；定子端部；松動；修復

0 引言

大型汽輪發(fā)電機定子繞組端部具有復雜的、特殊的漸開線結構形式，很像一個籃筐。當透平發(fā)電機的容量比較大時，其定子繞組內(nèi)的電流也很大，而其端部具有既復雜又特殊的漸開線形式，使端部產(chǎn)生很大的旋轉(zhuǎn)漏磁場。這個漏磁場與定子電流相互作用，會產(chǎn)生很大的交變力，尤其是在發(fā)電機發(fā)生三相短路時，所受到的電動力沖擊遠大于額定狀態(tài)，經(jīng)常引起發(fā)電機定子繞組端部的振動并導致絕緣的磨損和擊穿事故。三相繞組中的單相引線振動及疲勞斷裂引起的電弧會損壞主絕緣，導致定子接地事故。這種端部振動故障模式是汽輪發(fā)電機事故中發(fā)生率最高的[1]。

定子繞組端部的松動及其引起的振動問題，是半個世紀以來長期困擾全行業(yè)的一個難題。這種振動會導致定子繞組線圈股線、相引線和并聯(lián)環(huán)截面的疲勞斷裂、火花電弧放電、絕緣失效甚至接地短路事故。由于定子線棒綁扎絕緣帶的層數(shù)比較多，在繞組端部的串聯(lián)接頭和并聯(lián)環(huán)式相引線上，通常是不容易發(fā)現(xiàn)振動跡象的，直到導體部分開裂和發(fā)生強迫停機事故時才會被發(fā)現(xiàn) 。國內(nèi)曾有一臺200MW定子水冷汽輪發(fā)電機就是由于定子端部振動發(fā)展到共振的程度而導致絕緣磨損和擊穿、空心銅管開裂以及冷卻水泄漏的嚴重事故，已經(jīng)無法修復，只能報廢整套定子繞組并予以更新，損失很大[2]。

最近在對某發(fā)電廠首次投入運行不久的600MW汽輪發(fā)電機進行停機檢查中發(fā)現(xiàn)，其定子端部的固定和拉緊系統(tǒng)出現(xiàn)了松動現(xiàn)象。本文就這種情況，介紹針對這種松動情況所采取的檢查和修復方法。

2 定子端部結構特點

2.1 傳統(tǒng)方式

大型透平發(fā)電機定子繞組端部的傳統(tǒng)固定方式(過去采用的)主要有以下3種：綁扎式、壓板式和澆注式。

(1)綁扎式是在繞組端部斜邊(漸開線區(qū)段)間隙內(nèi)，應用環(huán)氧玻璃布層壓板和浸膠(中溫固化環(huán)氧粘結膠和室溫固化雙組份環(huán)氧樹脂固化膠)的適形氈墊塞緊，再用無堿玻璃絲束綁扎。這種固定方式，具有工藝簡單、操作方便、散熱通暢等優(yōu)點，但是它的固定強度有限。

(2)壓板式是在斜邊間隙內(nèi)，用環(huán)氧玻璃布層壓板和浸膠的適形氈墊塞緊，并用無堿玻璃絲束綁扎以后，可以防止軸向移動。然后，在上層“線棒”的表面再用壓板和經(jīng)過絕緣處理的螺桿將繞組端部沿著徑向與錐形環(huán)或綁扎環(huán)固定在一起，達到徑向固定的目的。固定以前壓板與“線棒”的表面之間要墊上適形滌綸氈，以免相互接觸。這種固定方式，兼顧了綁扎式的優(yōu)點，固定強度有所提高，但是不如澆注式。

(3)澆注式是首先采用環(huán)氧玻璃布層壓板和浸膠的適形氈墊塞緊端部繞組的間隙，然后借助兩個分別置于端部繞組內(nèi)圓和外圓的工藝壓圈(內(nèi)壓圈和外壓圈)，將繞組端部夾住。再用帶有絕緣套管的螺栓將它們把合、固緊。此時可以把兩個壓圈作為擋板，以便向其中的繞組端部間隙灌注可以在室溫下24h內(nèi)固化的膠，使繞組端部成為一個堅固的整體。以這種固定方式，具有非常高的機械強度。它的不足之處是通風散熱性能相對較差，而且維修困難。

2.2 新型工藝方式

通過先進技術的引進、消化、吸收和再創(chuàng)新，應用“故障模式與影響”分析方法進行了層次分析計算、優(yōu)化和精確的預測，開發(fā)和應用了一種定子繞組端部固定結構設計的新技—即支架式。與過去的大型透平發(fā)電機相比，這種新型式，包含了以前各種固定方式的優(yōu)點，又最大限度地克服了它們的缺點，是一種當前世界上最先進的繞組端部固定方式 。

與過去相比，采用這種新型支架式端部結構工藝，具有以下優(yōu)點[2]：(1)采用浸膠玻璃絲來代替過去的壓板固定，結構比較簡單，操作比較方便，整體性能比較可靠；(2)采用浸膠玻璃絲綁扎繞組端部的結果，增加了端部的過風面積，提高了冷卻效率；(3)采用了專用綁扎工藝，并在綁扎以前就確定了綁繩的具體長度，這種綁繩長度的固定不變，可以避免過去經(jīng)常發(fā)生的由于人為因素而引起的松緊差別和綁扎不牢等缺陷。每個綁繩兩端都帶有的絕緣鎖扣則可以防止綁扎松開；(4) 綁扎以后，采用特殊的環(huán)氧樹脂膠來淋灑(而不是灌注)繞組端部，既可以確保端部的整體剛度，又不影響通風散熱；(5)由于在繞組鼻端外圓處設置了永久性支撐環(huán)，可以防止鼻端所特有的扭矩作用，進一步增大了端部的整體剛度；(6) 由于采用了剛性支架夾板并帶有軸向滑移自如的滑塊結構，既可以提高徑向剛度，又能兼容繞組端部由于熱脹冷縮，這臺發(fā)電機定子繞組的端部由徑向可調(diào)綁環(huán)、鼻端徑向撐緊環(huán)、上下層線棒之間的充膠支撐管及適形材料等固定在大型整體錐環(huán)上，形成牢固的整體。錐環(huán)的前端搭接在鐵心端部的小撐環(huán)，以便于滑動，錐環(huán)的外圓周與絕緣支架固定在一起，絕緣支架又通過無磁性彈簧板與定子鐵心端部的分塊壓板固定在一起，從而形成柔性連接結構。整個定子繞組的端部最終成為沿徑向和切向為固定式剛性結構、而沿軸向卻是可伸縮的柔性固定結構( 見圖1 )。

圖1定子端部結構示意圖

這種發(fā)電機是引進的先進技術，并經(jīng)過國內(nèi)外聯(lián)合設計和優(yōu)化，這種端部結構理論上是不會出現(xiàn)問題的。但是它的優(yōu)越性能必須由相應的工藝措施來保證。實際情況卻不盡人意，比如：刷膠不夠細心(該刷膠的-沒有刷)，不該刷膠的卻被滴上膠瘤，等等。

3 松動的檢驗方法

3.1 粉末或油污

通過目視檢查發(fā)現(xiàn)在個別可調(diào)綁環(huán)上拉緊楔塊的絕緣螺桿附近出現(xiàn)黃色粉末及其混合性油泥，表明拉緊楔塊已經(jīng)松動。在運行中出現(xiàn)這種松動、振動就會導致線棒絕緣表面出現(xiàn)黃色或白色粉末。它是在局部放電作用下絕緣材料粒子的產(chǎn)物， 如果與油污混合，就會形成油脂類物質(zhì)[3]。

3.2 絕緣漆顏色

仔細觀察碟形絕緣墊圈外表面覆蓋的絕緣漆是否完好。因為定子端部的絕緣漆為紅色，如果碟形墊圈外表面不再存在紅色絕緣漆，而露出黃色的，這就說明墊圈不再處于鎖緊狀態(tài)，墊圈和螺桿可能已經(jīng)松動。

3.3 測量間隙

應用0.10mm塞尺測量拉緊楔塊與鞍塊之間的間隙，這種間隙沿拉緊楔塊寬度方向不能超過1/3寬度；而測量的蝶形墊圈間隙應在1.0～1.2mm之間。如果超過這些規(guī)定，便被認為已經(jīng)松動。

3.4 小錘敲擊

采用小錘輕輕敲擊拉緊楔塊，其墊圈如有明顯活動，就表明已經(jīng)松動。

3.5 旋緊絕緣螺母

螺桿不能旋轉(zhuǎn)情況下，通過旋緊絕緣螺母來壓緊碟形絕緣墊圈，并如此反復操作3次。如果絕緣螺母與鎖緊繩之間仍然形成明顯空隙，便說明拉緊楔塊已經(jīng)松動。

3.6 環(huán)氧樹脂粉末

拉緊楔塊與綁環(huán)、鞍塊之間以及絕緣墊圈、絕緣螺桿之間如果出現(xiàn)環(huán)氧粉末，表明已經(jīng)松動甚至折斷[4]。

3.7 適形結構材料

綁環(huán)與線圈之間設置的適形結構材料不得出現(xiàn)開裂或破損情況。

3.8 配合表面

要檢查絕緣鞍塊和絕緣楔塊之間的配合表面，其接觸面不允許有滴膠、膠瘤等高點凸起現(xiàn)象。

3.9 涂抹石蠟

安裝拉緊楔塊時，要在螺桿螺紋、墊圈接觸面部位涂抹石蠟。預裝螺母，之后拆下螺母，重新在螺桿螺紋部位涂抹石蠟，然后再正式安裝。拉緊楔塊到位后，不應出現(xiàn)偏斜現(xiàn)象。

3.10 墊圈間隙

把緊螺母時，要保證絕緣墊圈外緣間隙在1±0.20mm?？捎檬皱N適度敲擊拉緊楔塊大頭中間部位。如果絕緣墊圈間隙有明顯變化，就要再次把緊螺母。重復進行上述操作，直至墊圈間隙無明顯變化而且其間隙仍在合格范圍內(nèi)為止。

4 松動的修復方法

采取的修復措施如下

(1) 對于已磨損的絕緣螺桿，破損和折起的滑移布，與可調(diào)綁環(huán)“ 頂死 ”而無法起到支撐作用的拉緊楔塊等，采取全部更新措施[5]。

(2) 拉緊楔塊與絕緣螺桿的螺紋必須涂抹環(huán)氧樹脂膠予以固定(防松)，以免在振動的作用下出現(xiàn)螺紋松脫，被絕緣墊圈磨損。應將拉緊楔塊與絕緣螺桿分開刷以環(huán)氧樹脂膠處理后再予以把緊，實現(xiàn)它們之間的膠黏固定，防止松動[2]，即使拆卸時螺桿也不能被擰動。

(3) 通過扭矩檢測來保證所有拉緊楔塊的絕緣螺母擰緊力。

(4) 拉緊楔塊與鞍塊的配合面不得存在殘留膠。

(5) 在拉緊楔塊和鞍塊之間接觸面的間隙，不能只是處在一側[6]。如果間隙超差，可以擴大寬度方向倒角處理。如果間隙只是在一側，就要重新選配拉緊楔塊。

經(jīng)過檢修以后，發(fā)電機重新投入運行，狀態(tài)良好。所取得的經(jīng)驗已經(jīng)推廣到國內(nèi)其它同類型發(fā)電機上，實踐表明，同樣取得了良好效果。

5 結語

由于大型汽輪發(fā)電機定子端部受力極其復雜，結構特殊，很難完全避免出現(xiàn)松動、振動。這種發(fā)電機是引進的先進技術，經(jīng)過國內(nèi)外聯(lián)合設計和優(yōu)化，體現(xiàn)了當今世界的先進水平，理論上看，應當沒有問題。然而為了保證這種端部三維方向高難度的技術要求，必須采取精益求精的手工操作工藝來實現(xiàn)，應當提倡工匠(國外稱為“諾浩”—know how，即“知道怎么做”) 精神。如果施工人員熟練掌握這項“ 技藝”—“知道怎么做”，就會減少、甚至完全避免出現(xiàn)松動現(xiàn)象。

[1] 祁常冀.汽輪發(fā)電機故障實例與分析[M].北京：中國電力出版社，2002.

[2] 王玉田.大型汽輪發(fā)電機定子繞組端部固定方法[J]. 大電機技術，2011(9)，17-21.

[3] 吳泳超.汽輪發(fā)電機定子端部綁扎松動的處理[J]. 電力安全技術，2011(3)，29-32.

[4] 王志新.汽輪發(fā)電機端部振動預防[J]. 大電機技術，2005(2)，2-24.

[5] 袁昌健.大型汽輪發(fā)電機定子繞組端部故障分析[J]. 大電機技術，2005(8)，91-93.

[6] 周如曼.汽輪發(fā)電機組故障分析[M].北京：中國電力出版社，2002.

RepairMethodofLoosenedStatorEndofTurbineGenerator

HouJian

(1.Harbin Electric Machinery Company Limited，Harbin 150040，China；2.the national engineering research center of power generation equipment, Harbin electric co.,LTD.,Harbin, 150040)

Because looseness exists in stator end of a 600MW large-sized turbine generator during early operation, the generator is shut down to overhaul. The results show that the fixing and binding tension system, especially for the wedge and insulating screw of bearing radial tension, has loosened, this will lead to disastrous consequences. In order to eliminate hidden dangers, this paper proposes a new repair measure. It is popularized and applied to the same type of generator in other domestic power station, and the running results show that it has good effect and looseness phenomenon does not occur.

Turbine generator；stator end；looseness；restoration

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2017.05.14

TM306

B

1008-7281(2017)05-0042-003

侯建男1985年生；畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學環(huán)境科學專業(yè)，現(xiàn)在從事大型發(fā)電機開發(fā)應用研究工作.

2017-04-23