水輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯變形故障分析及處理措施

李雪花

(五華縣水土保持推廣試驗站，廣東 五華514400)

1 工程概述

某個電站單位的水輪發(fā)電機(jī)設(shè)備投產(chǎn)于20 世紀(jì)70 年代，最初以2×2 400 kW為裝機(jī)容量，同時水頭建設(shè)為24 m，該電站的建設(shè)形式屬于壩后式，設(shè)備的型號是SF2500—24/2600，額定的電流流通量為323.3A，電壓數(shù)據(jù)是6.2 kV，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速為每分鐘240 轉(zhuǎn)/min。其中，1#發(fā)電機(jī)組在使用了數(shù)年之后，機(jī)組設(shè)備已經(jīng)無法以滿負(fù)荷的狀態(tài)運(yùn)行。在對發(fā)機(jī)組設(shè)備中的局部區(qū)域進(jìn)行改良維護(hù)之后，在控制溫度的情況下，機(jī)器能夠勉強(qiáng)以滿負(fù)荷的狀態(tài)開展功過。電站2#機(jī)組內(nèi)的定子鐵芯出現(xiàn)了不同軸的情況，在對定子設(shè)備底座進(jìn)行調(diào)整之后，2#機(jī)組設(shè)備的噪音情況比1#的情況更為嚴(yán)重［1］。

2 在對設(shè)備機(jī)組進(jìn)行大規(guī)模檢修之后出現(xiàn)的故障問題

1)通過觀察機(jī)組設(shè)備內(nèi)部的定子發(fā)現(xiàn)，其中某2個定子上的絕緣層出現(xiàn)了嚴(yán)重的缺損情況，并且定子的鐵芯處波浪形弧度偏大，齒壓板元件和齒部之間出現(xiàn)脫開的距離大約為3 mm。此外，定子還存在斷齒的情況，病情鐵芯還存在向內(nèi)收縮的狀況。

2)某些齒壓板出現(xiàn)脫開情況的位置上，沖片的厚度極薄，接近紙張的厚度。

3)在轉(zhuǎn)子的正負(fù)磁極外表存在短時間內(nèi)造成的刮擦痕跡，同時釘子鐵行中出現(xiàn)了十分嚴(yán)重的波浪，并且波浪處也存在短時間內(nèi)造成的刮擦傷痕。

4)在設(shè)備的下機(jī)架有油霧積存，并且設(shè)備在日常工作時，上機(jī)架的入風(fēng)口處會出現(xiàn)一些的出風(fēng)情況［2］。

3 發(fā)電機(jī)設(shè)備的故障原因研究

3.1 出現(xiàn)凹槽或斷齒等情況的原因

當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行了一段時間之后，機(jī)體的溫度會不斷升高，機(jī)器的定子鐵芯在高溫作用下體積不斷膨脹并出現(xiàn)變形情況，同時鐵芯與機(jī)械轉(zhuǎn)子的外徑并不處于共軸的狀態(tài)，因此某些氣隙比較狹窄的區(qū)域會出現(xiàn)一些磁拉力，若磁拉力比較大鐵芯部分的變形情況就會逐漸加劇，機(jī)械的齒壓板和其中的沖片齒將會相互分離，在這樣的情況下，齒部會隨著激振的速度和頻率不斷拍打抖動并越來越薄，最終將徹底消失。機(jī)械中的硅鋼片雖然硬度較大，但卻十分同容易碎裂，若機(jī)器的激振強(qiáng)勁，硅鋼片元件很快就會疲勞甚至出現(xiàn)缺損情況。同時，硅鋼片還受到了磁場的旋轉(zhuǎn)力影響，導(dǎo)致元件其中一邊出現(xiàn)斷裂情況。當(dāng)硅鋼片元件出現(xiàn)斷裂之后，會與槽楔、線棒等部分緊密貼合，并且這些元件會按照激振的強(qiáng)度與頻率互相摩擦，導(dǎo)致元件出現(xiàn)凹槽形的損傷。

3.2 出現(xiàn)掃鏜情況的原因

當(dāng)發(fā)電機(jī)械連續(xù)不斷地工作，機(jī)體的溫度會持續(xù)升高，同時機(jī)器中定子鐵芯部分會逐漸變成波浪形，還會使定子元件上的沖片和該元件的螺桿逐漸脫離，并且出現(xiàn)定子核心偏離的情況。當(dāng)元件某些部分受到槍法的磁拉力影響時，鐵芯某些部分會朝著內(nèi)經(jīng)方向持續(xù)收縮，并且元件的氣隙也會逐漸縮小。在這樣的情況下，元件變形情況將會不斷加重，導(dǎo)致鐵芯部分和轉(zhuǎn)子元件的外層相互摩擦。

3.3 出現(xiàn)油霧情況的原因

當(dāng)機(jī)器附近的空氣存在大量塵埃時，塵埃會與機(jī)器中揮發(fā)出的油液相互混合依附在定子元件的線圈以及該元件的鐵芯部分。隨著油霧的即存量不斷增加，定子元件上的通風(fēng)口就會受到阻塞，導(dǎo)致設(shè)備無法正常通風(fēng)散熱。

4 解決故障的方案以及方案評價

4.1 解決故障的方案

4.1.1 方案Ⅰ

在檢查之后，把損壞的線圈拆卸出來并換上新的線圈，同時對鐵芯進(jìn)行固定。這個方案操作十分簡易并且檢修速度極快，能夠在短時間內(nèi)修復(fù)機(jī)械。把機(jī)械上的螺栓打開，并對螺栓進(jìn)行檢查調(diào)整，完成檢查工作后把螺栓再次打緊，同時要把鐵芯牢牢固定并壓緊，讓鐵芯上的疊片在工作過程中能夠均衡地承受應(yīng)力。此外，要對定子鐵芯中的硅鋼片進(jìn)行檢查，并使用清潔劑把齒部完全清潔干凈，再使用刀片把上面的沖片零件撬開，取出一塊厚度為0.5 mm的環(huán)氧板，把齒部的形狀描繪在板材上并將環(huán)氧板裁剪成齒部的形狀，最后使用樹脂將裁截好的環(huán)氧板完全涂抹，在樹脂固定之后，將齒部形狀的環(huán)氧板插到?jīng)_片中。

4.1.2 方案Ⅱ

把定子元件上的鐵芯重疊起來，并將其中損壞的線圈拆下來，并患上新的線圈。這個方案屬于部分處理方案，主要運(yùn)用現(xiàn)場能夠找到的鐵芯進(jìn)行整圓并對鐵芯進(jìn)行疊裝，這樣可以在一定程度上解決定子元件分縫結(jié)合部位出現(xiàn)漏磁的狀況，防止轉(zhuǎn)子發(fā)生掃鏜故障，但這個方案不能對鐵芯的變形情況進(jìn)行有效處理。同時，發(fā)電機(jī)設(shè)備在長時間工作的過程中，線圈上涂抹的絕緣層受到嚴(yán)重的損傷甚至已經(jīng)完全老化，因此極有可能會發(fā)生絕緣層擊穿的狀況。在這樣的情況下，技術(shù)人員必須立即替換線圈，但線圈仍然有可能在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中再次受到磨損。

4.1.3 方案Ⅲ

把定子元件上的鐵芯重疊起來，同時對線圈進(jìn)行增容，修改機(jī)械的通風(fēng)系統(tǒng)，并對下導(dǎo)實施改良。該方案能夠完全解決機(jī)械的故障，并從根源上解決機(jī)械運(yùn)作過程中溫度過高的問題。在替換鐵芯的同時，對機(jī)器的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改良，并對機(jī)器的下機(jī)架部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)整改，能夠提升機(jī)器散熱的效率，使轉(zhuǎn)子與定子在工作的過程中，能夠順利將高溫傳輸帶機(jī)體之外，遏制發(fā)電設(shè)備升溫過快、溫度過高的狀況。

4.2 故障應(yīng)對方案的實施成本與處理用時

各種故障應(yīng)對方案的實施成本與處理用時見表1。

表1 各種故障應(yīng)對方案的實施成本與處理用時

4.3 處理故障的策略

1)該電站在對發(fā)電機(jī)設(shè)備進(jìn)行投產(chǎn)時，沒有正確估量生產(chǎn)發(fā)展情況，導(dǎo)致裝機(jī)容量過，當(dāng)發(fā)電設(shè)備發(fā)出2700 千瓦的電能時，水輪機(jī)設(shè)備上的導(dǎo)葉僅有70%的開啟度。為了徹底解決故障問題，電站必須對設(shè)備進(jìn)行增容。實施增容不需要消耗大量的成本，同時由于發(fā)電機(jī)設(shè)備已投產(chǎn)多年，因此設(shè)備中許多元件的絕緣層早已出現(xiàn)老化情況，若反復(fù)替換線圈反而會縮短元件的使用壽命，因此采取上文提出的方案三，能夠取得比較理想的故障處理效果。

2)實施增容能夠顯著提升水推力，同時設(shè)備上的推力軸在工作過程中能夠承受的溫度上限也有所提升。同時，把設(shè)備中原有的推力瓦拆卸出來，并換上塑料材質(zhì)的推力瓦，能夠使上導(dǎo)系統(tǒng)中的冷卻裝置隔離出更為清晰的油路，使油液能夠順利進(jìn)行循環(huán)。

3)在實施改造的過程中，技術(shù)人員把定子鐵芯元件的長度延長為34 mm，有效地降低了磁路原本的飽和程度，同時采取這樣的措施還能防止鐵芯出現(xiàn)短路情況。如果要采用擴(kuò)大轉(zhuǎn)自與定子中間的縫隙來進(jìn)行不暢，就必須同時對勵磁進(jìn)行擴(kuò)容，但在延長了釘子鐵芯元件的長度之后，就不需要再對勵磁進(jìn)行擴(kuò)容。

［1］楊海鄉(xiāng)，曾云軍.發(fā)電機(jī)定子鐵芯變形故障分析及處理［J］.電力安全技術(shù)，2003(02):17－19.

［2］楊濤.大型發(fā)電機(jī)定子鐵心常見故障的分析及處理［J］.黑龍江科技信息，2012(26):126－127.