大型抽水蓄能電站機組定子就位調整技術研究

李 宏 澤, 呂 建 國

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610225)

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大型抽水蓄能電站機組定子就位調整技術研究

李 宏 澤, 呂 建 國

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610225)

大型抽水蓄能電站定子就位調整在機組安裝中影響到兩個指標，即空氣間隙和定轉子磁力中心線，這兩個指標也是機組安全穩定運行的重要指標之一。以溧陽抽水蓄能電站為例，詳細闡述了250 MW機組定子的調整方法及施工工藝，可供有關工程技術人員參考。

定子安裝；就位調整；發電電動機；溧陽抽水蓄能電站

1 概 述

溧陽抽水蓄能電站發電電動機組型號為SFD250-20/7500，額定轉速為300 r/min，為立軸、半傘式、三相、凸極、可逆式同步發電電動機。

定子由定子機座、定子鐵芯和定子繞組三部分組成。由于運輸條件限制，定子機座分四瓣運輸至工地，在安裝間完成機座組圓、鐵芯疊裝及繞組裝配，裝配完成后的吊裝總重量約為300 t。溧陽抽水蓄能電站定子采用斜立筋結構，其使定子機座具有足夠的彈性，允許鐵芯同心膨脹，可減少鐵芯變形和翹曲。鐵芯采用0.5 mm厚的冷軋硅鋼片全部交錯疊制，采用分層分段壓緊法以形成一個整體、緊固的鐵芯。定子繞組為Y形接線，采用單匝、雙層、波繞組，主引線和中性點引出線絕緣均按照額定電壓設計。

2 定子就位調整的作用

定子就位調整的主要考核指標是中心位置及安裝高程，中心位置是影響機組空氣間隙均勻的重要因素之一，空氣間隙是一項重要的電磁參數，對水輪發電機組的運行性能及技術經濟指標均有直接的影響，是造成電磁不平衡的重要原因。安裝高程是影響機組磁力中心線的重要因素之一，發電機的磁場在定子和轉子之間的間隙處稱為‘氣隙磁場’。在某一個位置，氣隙磁場的磁力線全部垂直于轉軸而沒有軸向分量，這個位置就稱為磁力中心線。如果磁力線有軸向分量并超過標準要求，在與水推力的相互作用下，發電機的轉子就會延軸線竄動，當竄動比較厲害時會造成機組軸承或其它部件的損害。

3 定子就位調整施工工藝

3.1 就位前準備

(1) 定子吊裝前，根據水輪機座環高程，計算定子調整墊板安裝高程。墊板上表面水平允許偏差小于1 mm/m，高程允許偏差小于5 mm，中心及分布偏差小于10 mm，合格后用無收縮砂漿澆筑。

(2) 定子吊裝前，應對地腳螺栓進行拉伸試驗，試驗數量為螺栓總數的20%，其目的是確定設計伸長值下的壓力值，用于定子安裝完成后螺栓拉升。

(3) 定子吊裝前對螺栓非螺紋部位套氯化聚乙烯管，下部用膠帶纏緊。

(4) 用全站儀放樣出定子軸線點位，放樣的軸線點距機組的中心距離為定子鐵芯半徑，目的是快速定子就位及安裝方位滿足設計要求。

(5) 定子就位調整前，在下機架基礎位置搭設平臺以方便人員操作，在機坑內搭設平衡梁。

(6) 定子吊裝前測量所埋設的基礎板高程，根據測量基礎板實測高程值計算出調整螺栓應露出基礎板的長度(圖2)，目的是在定子就位前將調整螺栓按計算值調整好，以減少定子就位后定子高程的調整量X，計算公式如下：

X=(Aa-C)/1 000-δ (mm)

式中Aa為定子基礎板高程，單位:m；C為各頂絲預埋基礎板高程，單位:m；δ為基礎板厚度，單位:mm。

Aa=(D-B)/1 000+Az

式中Az為實測定子各基礎板在每個頂絲處的高程，單位:m；D為定子磁力中心線設計高程,單位:m；B為在機坑安裝時理想定子磁力中心線高程，單位:m。

3.2 內部搭設平衡梁分析

平衡梁的作用是在定子中心調整時用于放置求心器。傳統的平衡梁是放置在發電機層的樓板上，用直徑較大的鋼管等型材制作而成。由于定子機坑直徑較大，平衡梁需承受自身重量及油錘重量而產生較小的下撓度，下撓度過大會使油錘與油桶接觸，致使定子中心測量失誤而造成返工。傳統施工方法的缺點：一是型材需求量大；二是需要制作專門的調整通道；三是位置較高，安全風險大。

內部架設平衡梁的工藝流程是在定子吊裝前，利用下機架基礎二期澆筑時預埋的基礎板焊接平衡梁支撐及斜支撐，支撐安裝完成后安裝平衡梁，平衡梁內徑需小于定子內徑50 mm以上，且其中心偏差應小于20 mm。這種施工方法的優點：一是在定子吊裝前將求心器相對于基準點調整完成，定子吊裝時能用鋼卷尺粗略調整定子中心，使定子中心偏差小于1 mm，且不影響定子吊裝并可減小定子就位后的中心調整量；二是平衡梁的長度較短，可節約材料，如溧陽抽水蓄能電站平衡梁長度為5 400 mm，采用φ100鋼管制作而成；三是不需要專門的調整通道且高度較低，安全性高。平衡梁安裝平臺安裝情況見圖1。

圖1 平衡梁、安裝平臺示意圖

3.3 定子中心的調整

在定子上、中、下三環上均勻分出16個測量點，用內徑千分尺測量鐵芯上、中、下三環半徑值。根據測量數據計算定子圓度、相對水輪機軸上法蘭止口中心偏心及鐵芯垂直度，確定定子調整量。定子調整利用50 t千斤頂置放在定子機座與風洞墻壁之間，強迫機座受力位移達到調整的目的。調整時，架設百分表進行監視。定子圓度超差主要是由于定子本身的橢圓度和中心偏差的存在造成的。定子橢圓度及中心偏差計算公式如下：

定子橢圓度調整值σ按下式計算：

σ=(D1-D2)/2

式中D1-D2為定子兩垂直方向直徑差。

定子中心偏差調整值e按下式計算：

e=(R1-R2)/2

式中R1-R2為同一平面兩對稱點的半徑差。

3.4 定子中心調整基準分析

定子中心調整基準有兩種方法：一是水輪機止漏環；二是下機架。止漏環調整中心一般是在機坑內進行定子鐵芯疊裝及下線時采用；下機架作為基準是在下機架預裝完成后采用，利用下機架中心調整測量點為基準。溧陽抽水蓄能電站根據設計圖紙及設備加工精度測量，尋求出采用水輪機軸上法蘭止口為基準。經研究，采用水輪機軸上法蘭止口為基準需滿足以下條件:一是上法蘭水平偏差應小于0.01 mm/m，則上法蘭止口中心相對止漏環偏差約為0.09 mm左右；二是轉輪相對于止漏環間隙需滿足標準要求，且在定子中心調整時應將其間隙值參與計算；三是設備廠家機加工精度保證要求。溧陽抽水蓄能電站的機組設備由哈爾濱電機廠生產，各項加工測量數據優于圖紙允許偏差。水輪機軸法蘭止口為基準的缺點是存在運輸時使設備產生變形而影響設備精度，因此，在安裝時需進行校核。水輪機軸法蘭止口為基準相對于在安裝間進行定子疊裝及下線的優點：一是節約工期，不受水輪機部分及下機架部分安裝的影響；二是中心可靠性高，與機組總裝時機組定中心時的偏差最小。

3.5 高程調整

定子高程測量基準為推力頭上平面并考慮定子磁力中心線到轉子下法蘭的安裝高程，其關系見圖2。

圖2 高程調整示意圖

發電機定子實際安裝高程計算公式如下：

H2=L2-F1

式中H2為推力頭至定子磁力中心線距離；L2為轉子下法蘭至轉子磁力中心線的實測距離；F1為下機架承受機組自重及一半水推力所產生的撓度。

定子高程測量基準為定子鐵芯磁力中心線。高程測量前，沿定子圓周方向均勻分出16個點，測量定子鐵芯高度，計算定子鐵芯平均高度，確定定子磁力中心線位置。

在定子鐵芯上按照所找到的定子磁力中心線位置均勻分點，根據定子磁力中心線設計高程及底環實際安裝高程調整定子磁力中心線高程，其高程差應滿足±3 mm要求。

3.6 定子高程基準分析

定子安裝高程是以底環面為基準，其精度要求較高。因此，均采用銦鋼尺配合精密水準儀完成高程傳遞。傳統的高程傳遞方法采用鋼尺、銦鋼尺及精密水準儀完成。該方法的優點是測量精度較高，能滿足施工要求；缺點：一是測量完成后需進行復雜的計算和數據處理；二是對鋼尺需要進行鑒定，且立式機組軸向長度大，致使鋼尺累積誤差大；三是鋼尺下懸掛重錘，存在將鋼尺拉伸的風險，進而增大測量誤差。

基于傳統方法存在以上風險，溧陽抽水蓄能電站最終采用將水輪機軸法蘭作為高程測量基準，其施工流程如下：水輪機軸安裝前，查閱廠家出廠資料并用內徑千分尺校核軸長，水輪機軸法蘭高程即為轉輪高程與軸長之和。

以水輪機軸法蘭為基準的可行性分析：

(1)立式水輪發電機組水輪機軸較長。以溧陽抽水蓄能電站為例，水輪機軸法蘭距下機架基礎距離為840 mm，距定子基礎為2 500 mm，因此，采用3 000 mm長銦鋼尺可方便進行測量。

(2)溧陽抽水蓄能電站水輪機軸長6 720 mm，加工偏差為±0.25 mm。加工完成后，采用內徑千分尺進行測量，內徑千分尺測量影響測件誤差的主要因素為溫度，而溧陽抽水蓄能電站為地下廠房，溫度一般穩定在20 ℃左右，基本屬于恒溫狀態，因此，可消除溫度影響。溧陽抽水蓄能電站校核數值與出廠數據偏差0.03 mm，精度較高。

溧陽抽水蓄能電站采用該方法在機組總裝完成后校核轉輪高程，其與安裝時計算值相符，說明該方法可行。

4 結 語

筆者詳細闡述了定子就位調整的安裝工藝及相應的計算方法，并創新使用了在定子內部架設平衡梁、水輪機軸法蘭尋求定子中心及采用水輪機軸法蘭為基準確定定子高程的新方法，其不僅保證了機組安裝質量，還提高了機組安裝進度。在機組投產發電后，通過定子空氣間隙探測器測得數據反映出定子空氣間隙數據全部符合標準且數據優良，因此，可以證明溧陽抽水蓄能電站定子就位調整方法可用，可供同類型機組使用。

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(責任編輯：李燕輝)

2017-04-23

TV7；TV743；TV47；TV52

B

1001-2184(2017)03-0051-03

李宏澤(1989-)，男，甘肅會寧人，助理工程師，從事水輪發電機組安裝測量工作；

呂建國(1986-)，男，四川巴中人，助理工程師，從事水輪發電機組安裝技術工作.