對(duì)水輪發(fā)電機(jī)定子沖片實(shí)際工作中問題的探討

張均臣

摘 要：本文主要對(duì)水輪發(fā)電機(jī)整個(gè)組成部分的定子端部的沖片逸出所造成的整個(gè)發(fā)電機(jī)組的故障，經(jīng)過一定的現(xiàn)場(chǎng)分析，并在處理過程中查找出問題的原因并進(jìn)行一定的處理，需要進(jìn)行全面的了解。這就對(duì)更好的改進(jìn)整個(gè)設(shè)計(jì)，提高整個(gè)發(fā)電機(jī)組的安全性，保證水輪發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行，有著極其重要的作用。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)；定子；沖片

前言

近些年來，隨著水輪發(fā)電機(jī)數(shù)量的不斷增多，無論是國內(nèi)生產(chǎn)的，還是從國外進(jìn)口的，都有定子端部沖片逸出的狀況發(fā)生，造成了很多事故的發(fā)生，比如說停機(jī)短路、線棒的絕緣層受損。正是由于這類事故的發(fā)生，使越來越多的工程技術(shù)人員投入越來越多的精力去分析研究其發(fā)生的原因和機(jī)理，并提出合理的技術(shù)保障措施。

1 事故的發(fā)生

水輪發(fā)電機(jī)組一般在運(yùn)行一兩年的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)定子的線棒被割破的情況，這就造成線棒絕緣層受損，引發(fā)了定子短路燒毀，其實(shí)絕緣層的損壞是一個(gè)逐漸變化的過程，最開始的分析是由于電磁力的影響，使得沖片發(fā)生了移動(dòng)。但是通過驗(yàn)證，事實(shí)并非如此。經(jīng)過反復(fù)的比較分析，最終驗(yàn)證發(fā)電機(jī)的定子溫度存在冷熱變化，同時(shí)機(jī)座和鐵心之間存在較大的溫差，這就會(huì)發(fā)生熱脹冷縮，使得機(jī)座和鐵心之間發(fā)生位移，就會(huì)產(chǎn)生摩擦力，便會(huì)對(duì)線棒發(fā)生連續(xù)不斷的割磨，使得絕緣層遭到破壞。但是具體的變化過程，主要還是要根據(jù)發(fā)電機(jī)組所處的環(huán)境不同而定。

2 定子沖片逸出的原因分析

要想分析沖片逸出的原因，就必須要了解定子端部的一些具體結(jié)構(gòu)。一般對(duì)于低轉(zhuǎn)速的發(fā)電機(jī)組來說，定子沖片軛部徑向相對(duì)比較窄，因此，我們通常采用的螺桿是鐵心背部拉緊螺桿而并不是穿心式螺桿。

2.1 沖片的裝壓

對(duì)于任何一種機(jī)組來講，對(duì)機(jī)組運(yùn)行的可靠性影響較大的就是裝壓疊片的質(zhì)量，但是影響疊片的質(zhì)量有很多因素，例如，各部分零件加工的精細(xì)程度、壓緊度大小、壓緊度的均勻性等，因此只有這些因素都處于一個(gè)良好的狀態(tài)，才能真正的保證定子鐵心的質(zhì)量，才能讓發(fā)電機(jī)組正常的運(yùn)行，但是真正要做到各部分都處于一個(gè)良好的狀態(tài)是比較難的，即使?fàn)顟B(tài)都趨于良好，但是由于定子沖片整體壓緊還要受到定子高度的影響，鐵心上部的受力往往是大于下部的，這樣就會(huì)造成端部沖片逸出。

2.2 端部的結(jié)構(gòu)

定子端部的結(jié)構(gòu)一般是采用階梯狀，現(xiàn)場(chǎng)檢查端部的沖片逸出，一般是發(fā)生在與齒壓板結(jié)合部位的沖片，由于熱脹冷縮的影響，片與片間有很大的摩擦力相互作用，如果說每一層階梯的沖片粘結(jié)程度較好，就會(huì)使得整塊粘結(jié)片出現(xiàn)脹縮，就會(huì)防止沖片的竄動(dòng)。相反，如果粘結(jié)的程度不夠，就會(huì)使與齒壓片接觸的那個(gè)沖片脫離整體，造成沖片的逸出，竄動(dòng)的次數(shù)多了，沖片逸出的次數(shù)就會(huì)增多，對(duì)線棒造成切割，破壞絕緣層。因此，沖片間的粘結(jié)牢固性起著重要的作用。

2.3 鐵心的熱應(yīng)力

水輪發(fā)電機(jī)所采用的是軸，徑向強(qiáng)制通風(fēng)冷卻的，這就使鐵心的冷卻很不均勻，尤其是下游側(cè)冷卻效果是最差的，熱變形的情況也相對(duì)來說是最大的，整個(gè)發(fā)電機(jī)組在啟動(dòng)的過程之中，機(jī)座和鐵心之間存在熱膨脹差值，這就會(huì)出現(xiàn)相對(duì)位移，當(dāng)發(fā)電機(jī)組停機(jī)時(shí)，機(jī)座整體泡在水里，溫度較低，機(jī)座與鐵心不僅存在溫度的差異，也存在降溫速度的差異。如果冷熱過程持續(xù)發(fā)生就等于沖片處于一種蠕動(dòng)的狀態(tài)，就容易造成個(gè)別沖片的逸出。

2.4 運(yùn)行的工作狀況

發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行受到多方面的因素影響，按照國家發(fā)出的一些指令，可能會(huì)發(fā)生隨時(shí)開機(jī)停機(jī)的情況，特別是一些承擔(dān)調(diào)峰的水電站，發(fā)電機(jī)組的開停機(jī)是非常頻繁的，大約每年的起停次數(shù)將近一百多次，這就會(huì)使鐵心長期的熱脹冷縮，最終導(dǎo)致端部的沖片脫落。

3 沖片逸出解決措施

3.1 如果確定沖片逸出的原因是由于端片的粘結(jié)造成的，那么就可以重新選擇粘結(jié)端部階梯片，所使用的粘結(jié)方法必須要按照工藝流程來進(jìn)行，保證粘結(jié)的牢固性，在粘結(jié)的過程中，不能夠使用稀釋劑，要使整個(gè)定子沖片粘結(jié)成一個(gè)完整的整體。另外，再重新裝壓時(shí)，還可以在沖片之間涂上一層二氧化鉬，這就可以進(jìn)一步降低定子扇形片之間的摩擦系數(shù)，減小摩擦力。

3.2 在每個(gè)定子的端部安裝一個(gè)擋塊，用螺絲釘固定在定子齒壓片的端頭，還要做的就是要嚴(yán)格控制定子沖片的間隙，如果說是間隙過大，就會(huì)使得沖片逸出后出現(xiàn)歪曲，如果想要加入擋塊，就必須要解決齒壓板的鉆孔問題，由于齒壓板所使用的材料都是高密度無磁性的鋼，加工難度極大。

3.3 假如說加擋塊的方法在現(xiàn)場(chǎng)較難操作，我們還可以采用其他的方法，也就是在每個(gè)下層線棒靠近鐵心出槽口的位置加入一個(gè)u型的鋼槽，它的主要作用是保證線棒不受逸出沖片的磨損，但是加入鋼槽也會(huì)增加一定的耗損和熱能，但是影響并不是很大。

4 沖片逸出的預(yù)防措施

在實(shí)際操作中，除了維修以外，我們還應(yīng)該學(xué)會(huì)一些預(yù)防和技術(shù)改進(jìn)措施。就已經(jīng)投入使用的發(fā)電機(jī)來說，我們首先應(yīng)該做的就是檢查整個(gè)發(fā)電機(jī)組鐵心的松緊度，及時(shí)的對(duì)鐵心進(jìn)行檢查，對(duì)鐵心進(jìn)行重新的壓緊。只有這樣做，才能防止定子沖片的逸出。我們?cè)趬壕o鐵心之前，可以在鐵心兩端的最外段注入環(huán)氧樹脂，使得就算鐵心松動(dòng)也不會(huì)發(fā)生斷齒的現(xiàn)象。

4.1 針對(duì)所采用的可移動(dòng)的雙鴿尾定位筋，為了增加對(duì)沖片逸出的限制，我們可以將定子端部的沖片以及上下第一段的沖片的鴿尾槽形式改成為閉口槽形式，這就會(huì)使鴿尾筋對(duì)階梯段的定子的受力能力增加兩倍以上。

4.2 我們還可以在鐵心端部的第一段沖片增加一個(gè)絕緣的銷孔，至于絕緣銷的材料最好是強(qiáng)度較大的材料，增加對(duì)端部定子扇形片的限位作用，保持整個(gè)鐵心的一致性，要保證絕緣銷安入銷孔的牢固性。

4.3 為了防止沖片的逸出，我們還可以進(jìn)行一些技術(shù)改進(jìn)，例如，改變齒壓板的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，在齒壓板的端部設(shè)置臺(tái)階，這樣做就會(huì)阻止沖片因?yàn)闊崦浝淇s逸出。這種結(jié)構(gòu)形態(tài)的齒壓板雖說是結(jié)構(gòu)較為簡單，但還是會(huì)造成裝壓難度的加大，與此同時(shí)，工作量也會(huì)隨之增加。

4.4 鐵心的結(jié)構(gòu)也可以進(jìn)一步的改進(jìn)，采用浮動(dòng)鐵心結(jié)構(gòu)。用螺栓將鐵心通過下游齒壓板與機(jī)座進(jìn)行連接，這么做就會(huì)保證冷熱變化時(shí)機(jī)座與鐵心之間可以自由的滑動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生過大的摩擦，使得絕緣層被破壞，發(fā)生事故。

4.5 視情況采用高強(qiáng)度碟形彈簧防鐵心松動(dòng)。定子鐵心在長期運(yùn)行后， 絕緣漆在熱態(tài)環(huán)境中將逐漸收縮。為此，可以視情況采用在鐵心拉緊螺桿上端加高強(qiáng)度碟形彈簧的壓緊結(jié)構(gòu)。由于碟形彈簧的存在而產(chǎn)生適當(dāng)?shù)木彌_作用，使得鐵心收縮穩(wěn)定后仍然保持一定的安全壓力，從而保證鐵心運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。

4.6 采用簡化組裝作業(yè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。采用工藝導(dǎo)向鍵來定位疊壓鐵心。由于無需傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的鴿尾形定位肋板與托板、托板與機(jī)座環(huán)板間繁瑣的預(yù)裝焊接工序，僅需在定子機(jī)座各環(huán)板上裝環(huán)形靠板，使得工藝導(dǎo)向鍵的裝夾、調(diào)整簡單方便精確。

5 結(jié)束語

發(fā)電機(jī)定子鐵心作為電磁能量轉(zhuǎn)換的中介，在運(yùn)行時(shí)所處的狀態(tài)和靜止時(shí)狀態(tài)的區(qū)別是很大的。在設(shè)計(jì)或分析問題時(shí)不能只針對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，而應(yīng)該考慮到所用材料在機(jī)械力、電磁力和熱膨脹作用力下將產(chǎn)生的變化。設(shè)計(jì)工作是最重要的環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)應(yīng)該充分考慮到后續(xù)工作中可能會(huì)出現(xiàn)的難點(diǎn)，應(yīng)該設(shè)法改進(jìn)結(jié)構(gòu)、改進(jìn)材料、明確要求，使得對(duì)后續(xù)的制造、組裝、運(yùn)行等方面的要求降為最低。本文分析了一些還沒有被國內(nèi)專家所認(rèn)識(shí)的發(fā)電機(jī)定子鐵心松動(dòng)的重要原因，解釋了以往沒能解釋的現(xiàn)象，為確定正確的防止定子鐵心松動(dòng)的對(duì)策奠定了基礎(chǔ)。

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