水轮发电机定子铁芯松动处理

发电机定子铁芯的松动及紧固

引言

蒙里水电厂位于北江上游，距韶关市曲江区 4.7 km ，是北江流域梯级开发的第二级电站。电站装（B13a）-WP-530，发电机型号：SFW 12.5-60/5500，总装机容量412.5 。机组于2005年全部

安装完毕投入运行。运行实际表明，机组质量总体是好的，达到设计要求。但在运行数年之后，2012 年初，却发现2 号机组发电机定子铁芯松动的重大缺陷。本文就2 号机定子铁芯松动的发现

过程及之后的紧固处理情况做个介绍。号机定子铁芯松动，是在对机组定子运行温度异常升高进行连续监视、检测和分析之后发现的。自2011 年起，在额定运行条件下，2 号机定子温度开始有

升高的趋势。至年底，这种趋势已变得非常明显。在同样的运行工况下，与其他机组相比，定子铁芯、定子线圈和空冷、空热温度都明显偏高5～。于是在2011年底，对2 号机空冷器及其管路进行拆检，却没有发现冷却水管路堵塞现象，同时空冷器散热片也无结垢现象。至2012 月，在额定运行条件下，2 号机定子线圈温度达

到设定报警值 120 （发电机定子绝缘等级为F 级，最高允许温度

为155 ），发出报警信号，此时定子铁芯温度在95 只测温电阻（定子铁芯和定子线圈各一个），损坏的测温电阻达到6 只，占整个机组定子测温电阻的 25 ％，而损坏的定子绕组测温电阻超过总数的40 （机组定子测温采用Pt100测温电阻，共有24 中定子铁芯12只，定子绕组12 只）。于是，决定用万用表测量机组在运行工况下，定子测温电阻的阻值。结果发现，2 号机组在运行过程中，定子绕组测温电阻的阻值频繁跳动，跳动范围达10 Ω以上，基本无法准确读数。而定子铁芯测温电阻的阻值较为稳定，只有2～4 Ω的小幅变化。现将2 号机定子测温电阻阻值列表如表1 所示。—”代表电阻损坏，无法测量阻值；“”代表电阻阻值跳动剧烈，无法准确读数。在相同工况下，其他机组的测温电阻测量值也较为稳定，且阻值较低。现选取3 号机定子测温电阻阻值列表如表2 通过查阅Pt100 测温电阻的分度表，表明实测的阻值能对应上温

度巡检仪上的温显数据，故排除温度巡检装置出现故障的可能。由于定子线圈测温电阻安装于线棒层间，再由槽楔压紧，而槽楔卡榫在 135.8135.2 135.4 135.2 135.1 135.7 135.7 134.8

134.9136.4 136.4 128.4127.9 127.7 127.7 127.7 127.9 128.5 127.3 127.2 127.3 127.6 128.9 133.7134.3 132.4 132.3 132.9 133.4 134.6 132.5 132.5 133.1 133.4 132.5 第36 o.62013 年12 echanical&ElectricalTechnique ofH ydropowerStation

ec.201320 定子铁芯槽口中，故初步判断2 号机组定子铁芯有松动缺陷存在。为此，在停机状态下，进入2 子室内检查，发现铁芯齿压板紧固螺栓锁定点焊较好，螺帽无松动，但是用试音锤敲击紧固螺帽时，发现螺栓整体有移动。至此，完全确定2 号机定子铁芯发生松动。由于铁芯松动，在运行工况下，硅钢片受交变电磁力作用产生振动。硅钢片的振动作用也使线棒产生相应的振动。因为嵌线工艺原因，线棒在槽内的自由度较大，故振幅也较大，而线棒的振动使布置于上、下线棒间的测温垫条（电阻）与线棒处于振动接触状态，而不是平稳的平面接触测量，线棒传递给测温电阻的热量也随振动而变化，使得其阻值快速大幅度波动。同时发电机定子测温垫条（电阻）较为脆弱，故振动加快了测温垫条的损坏。而且由于定子铁芯因硅钢片振动摩擦，使铁芯温度升高，造成绕组散热不良，因此热量积聚导致温升过高达到报警值。发电机在铁芯松动情况下长期运行，硅钢片的振动摩擦作用，会破坏硅钢片的表面绝缘，使铁芯涡流增大，造成铁芯温度升高的恶性循环，最终酿成定子铁芯损毁的严重后果，必须尽快处理。

为此，电厂领导将情况及时汇报集团公司，邀请机组制造厂家和检修单位技术人员召开专门研讨会议，对2 定子铁芯松动的原因进行分析，并专门制订处理方案加以解决。

定子铁芯松动的原因

（1）机组制造厂家认为定子铁芯松动的主要原因是，硅钢片表面绝缘漆受运行温度影响发生收缩，造成螺栓松动，使螺栓对铁芯的压紧力减小，铁芯硅钢片的压密度降低。

（2）也有专家提出，定子铁芯叠装时可能存在工艺缺陷，导致铁芯压紧时，其内部产生一个附加地反压密力，使铁芯压紧螺栓的拧紧力矩已达到设计要求，但铁芯硅钢片压密度仍未达到要求。在机组运行时，定子铁芯受电磁力作用，这个附加地反压密力逐渐减少，硅钢片压密度低的效应就逐渐显现出来。结合之后机组大修，铁芯重新压紧后的压缩量（铁芯整体压缩量为2 m）分析，2号机定子铁芯松动应是上述两个原因的迭加。否则，仅硅钢片表面绝缘漆收缩，不可能有那么大的压缩量。

铁芯紧固方案及程序在讨论、分析铁芯松动原因的基础上，制定出对号机定子铁芯压紧螺栓重新紧固的处理方案。现简单介绍其内容和程序，并结合后来的处理情况进行说明。

（1）在安装场搭建安全工作平台，将2 号机定子吊出机坑后安置在工作平台上。

（2）铁芯紧固前的检查和试验

1）铁芯松动情况及铁芯紧固螺栓情况检查。

2）定子外观检查。主要是：表面是否清洁，绕组端部有无损伤，内腔有无擦痕，槽楔有无松动等。

3）将定子调平，对定子进行清扫，清扫干净后对定子进行干燥。

4）对定子沿点，用内径千分尺测定铁芯圆度，并记录。

5）定子绕组绝缘电阻及吸收比测定，直流耐压及泄漏电流试验。

6）做发电机定子铁损试验，以判断铁芯情况。由于这一试验是本方案的前提，故将其试验结果列表如表3：可见，铁芯最高温升和最大齿温差均不超标，由于发电机制造厂家在《定子安装作业指导书》和《发电机现场安装说明书》中没有提供单位铁损标准值，故表内未予列出。但是据厂家反馈，“铁损试验温升、温差不超标；对于单位铁损值现行国标无硬性指标，运行后大修期的铁损也没有铁损考核基准”，故可认为铁损试验合格。因此，排除了2 号发电机定子铁芯在前段松动期间运行时，硅钢片表面绝缘已损伤的可能，说明铁芯压紧螺栓重新紧固的方案是可行的。

（3）定子铁芯螺栓紧固

由于铁芯螺栓紧固是在带线棒的条件下进行的，在铁芯压缩量较大的情况下，存在损伤线棒绝缘的风险。同时，在定子铁芯压紧量较大的情况下，发电机定子铁芯中心线会偏移，对机组运行存在隐患铁芯紧固前铁损试验折算到10 000 高斯单位铁损最大齿温差最高温升试验值 3.662 w/kg 2.2 21（会引起机组振动加大）。所以，此项操作既是本方案的中心，也是技术关键。必须按制造厂家的设计要求，结合铁芯实际松动程度，制订出严密的操作程序，并严格按工艺程序进行操作，其紧固工艺如下：

1）工作前的准备工作准备6～8 台便携式打磨机或带合金钢磨头的研磨机，或风动打磨机，以便打磨螺栓焊缝时用。严禁动火。按厂家要求制作好螺母拧紧工具及扭力矩扳手，以保证发电

机定子铁芯固定螺栓设计拧紧力矩的要求。配备专职安全员，对所有工作人员及工器具进行清点及检查，防止杂物掉入定子铁芯。所有的工作人员，应佩戴好防护服、防护帽、防护手套及防护眼镜。

2）打磨工序准备工作全部完成就绪后，方可以安排打磨工序（只打磨下部非引出线侧）。每次打磨前都必须检查安全措施是否满足工作条件，否则不允许开始工作。打磨时，要绝对保证定子线圈的安全。 108 根定子铁芯固定螺栓焊点全部打磨完成后，需对108 根螺丝进行检查，确认都已完全打磨好才可进行下一步工作。

3）拧紧螺母拧紧螺母前，用深度尺测量齿压板至螺栓断面的高度一一编号并作好记录。用扭力扳手测定螺栓紧固力矩，确定铁芯松动程度（测量结果显示紧固力矩仅300 ，设计要求650 m），为制定紧固遍数提供依据。整个拧紧螺母分6 遍，采用先逆时针后顺时针循环渐进的方式进行，力度逐渐加大直至满足厂家紧固力矩要求，使铁芯均匀压紧，防止铁芯受力不均而变形和损伤线棒。拧紧螺母操作过程，应对定子另一端螺栓进行临时固定，防止螺栓松动，每次每根螺栓紧固完毕应做好记录并标记。先预压三遍，再测量螺栓端面至齿压板高度并与上次测量比较，计算高度变化量，检查相邻螺栓高度变化量的差异。在第三遍拧紧螺母的工序完成后，需再次检测发电机定子绝缘电阻及测温电阻阻值。当第四遍拧紧螺母时，应先将高度变化量小的螺母调整压紧到与相邻螺栓高度变化量相一致，再用扭力扳手进行拧紧螺母操作。第五遍与第四遍要求相同。第六遍按图纸规定的力矩对全部螺栓进行紧固，并重复多次检查紧固，要求所有螺栓力矩相同，所有螺母拧紧转角一致，才满足设计要求。当拧紧螺母工序完成后，需再次检测螺栓端面至齿压板高度，并与首次测量高度比较，计算高度变化量并记录。在焊接止动块工作开展之前，应做好相应的消防安全防范措施。在全部螺栓紧固符合要求后，根据厂家图纸要求完成防松动的措施，锁定方式采用锁定块（可用合适的角钢加工而成）点焊。按厂家要求焊条使用牌号为J507，焊条必须烘干，烘烤温度为 80~100 焊接完成后应即时清理焊渣并涂绝缘漆，恢复消防设施及挡风设施。

（4）紧固后的测量和试验

1）再次测量定子圆度并记录，将测量值与螺栓紧固前的测量值进行比较，检查定子圆度有无变化。

2）再做一次铁损试验，结果如表4：对表3、表4 进行比较，可见定子铁芯紧固前后铁损试验结果差别甚小，均合格。

3）对定子进行卫生清扫，在干燥后做定子绝缘试验，以检查紧固过程中线棒有无损伤。因此项试验是核定定子铁芯松动处理是否成功的重要标准，故将其试验结果分列如表5、表6、表7：绝缘电阻及吸收比测量（ZSJB 15/R60） A-BCE B-ACE C-ABE 耐压前250/1608 250/1621 160/1575 2.642.62 2.64 耐压后 560/1575 680/1649 530/1595 2.892.83 2.84 铁芯紧固后铁损试验报告折算到10 000 高斯单位铁损最大齿温差最高温升试验值 3.259

w/kg 2.73 22上述各表表明，定子各项试验合格，说明此次对铁芯的紧固处理未造成线棒损伤。

（5）对定子已检查到的其他缺陷部件进行消缺处理。

（6）再对定子整体进行检查后，干燥喷漆。上述检修方案报集团公司批准后，委托检修单位实施。2013 月完成全部检修工作后，机组即投入运行。三个月的运行监测表明，2 号机组定子线圈和铁芯温度已恢复到正常值，证明此次对铁芯的紧固处理是成功的。

结论

（1）发电机运行时定子温度异常升高的原因是多方面的。但就铁芯本身而言只有两种可能，一是铁芯松动、二是铁芯涡流增大。在现场条件下，从检查机组运行状态下的测温电阻阻值变化入手，是比较简便的方法。

（2）发现定子铁芯松动时应及时处理。在这种情况下，采取重新紧固铁芯压紧螺栓的方案是合理、有效地方法。水电厂将故障情况上报集团公司后，集团公司下属兄弟电厂也有机组发现铁芯松动的缺陷，他们现正借鉴此次处理的经验，结合各自电厂实际进行处理。