淺談溧陽抽水蓄能電站轉(zhuǎn)子磁軛熱加墊

呂 建 國， 李 宏 澤

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610225)

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淺談溧陽抽水蓄能電站轉(zhuǎn)子磁軛熱加墊

呂 建 國， 李 宏 澤

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610225)

對(duì)溧陽抽水蓄能電站熱加墊工藝從數(shù)據(jù)測量、加溫布線至加墊成功及后續(xù)處理進(jìn)行了介紹。對(duì)不同情況下的處理方式以及在加墊中遇到的相關(guān)問題及采取的解決辦法進(jìn)行了闡述，對(duì)大型水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子熱加墊具有一定的借鑒意義。

熱加墊；抽水蓄能機(jī)組；轉(zhuǎn)子；磁軛加溫；溧陽抽水蓄能電站

1 工程概況

溧陽抽水蓄能電站發(fā)電電動(dòng)機(jī)由哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司制造，型號(hào)為SFD250-20/7500。發(fā)電機(jī)工況額定功率為250 MW，電動(dòng)機(jī)工況軸輸出功率為269 MW,額定轉(zhuǎn)速為300 r/min，額定電壓為15.75kV。該機(jī)為立軸、半傘式、三相、凸極、可逆式同步發(fā)電電動(dòng)機(jī)。

轉(zhuǎn)子支架為斜立筋圓盤式焊接結(jié)構(gòu)，在廠內(nèi)加工完成，共有10個(gè)主立筋。轉(zhuǎn)子磁軛外徑為5 556 mm，高度為2 800 mm，由3 250張、4 mm厚磁軛沖片堆積而成。轉(zhuǎn)子支架與磁軛通過徑向、切向復(fù)合鍵連接，徑向鍵為凸鍵，用墊片調(diào)節(jié)熱打鍵緊量，切向鍵為兩小鍵，以補(bǔ)償支架立筋鍵槽與磁軛之間的公差。

2 熱加墊前的數(shù)據(jù)測量

2.1 支墩拆除下沉量測量

在轉(zhuǎn)子支墩拆除前測量下環(huán)板平面度及下環(huán)板與轉(zhuǎn)子支架下法蘭的高差，待支墩拆除后重復(fù)以上工作，根據(jù)測量數(shù)據(jù)計(jì)算磁軛下沉量。支墩拆除時(shí)，應(yīng)對(duì)稱緩慢進(jìn)行，并在徑向架設(shè)百分表監(jiān)控，防止在其下沉過程中造成磁軛偏心，增大熱加墊的難度。

2.2 轉(zhuǎn)子半徑測量

復(fù)測轉(zhuǎn)子測圓架中心及水平，在距離磁軛下部高度100 mm、500 mm、1 000 mm、1 450 mm、

2 000 mm、2 600 mm部位測量轉(zhuǎn)子磁軛半徑，以上數(shù)據(jù)的測量均需測量兩次，兩次測量誤差值應(yīng)小于0.03 mm。

2.3 磁軛與主立筋鍵槽間隙測量

加工磁軛間隙測量塊，在測塊后部接長桿(可用扁鋼)處粘貼厚度測量標(biāo)尺及深入磁軛高度標(biāo)記，用游標(biāo)卡尺檢查標(biāo)尺的準(zhǔn)確性。根據(jù)圓度測量高度用測塊測量磁軛與主立筋間隙，每處測量兩遍，誤差應(yīng)小于0.03 mm。

3 數(shù)據(jù)分析及加熱容量計(jì)算

3.1 加墊量計(jì)算

加墊量厚度計(jì)算公式：

H=δ1+A-B+C1-D式中H為應(yīng)加墊片的厚度；δ1為設(shè)計(jì)預(yù)緊量；A為鍵槽間隙；B為凸鍵厚度(46.3 mm±0.03 mm)；C1為平均半徑(2 778.21 mm)；D為實(shí)測半徑。

根據(jù)以上公式、圓度測量數(shù)據(jù)及廠家到貨墊片厚度(3 mm、1 mm、0.5 mm、0.1 mm)綜合考慮，確定實(shí)際加墊量。溧陽抽水蓄能電站6#機(jī)組熱加墊量統(tǒng)計(jì)情況見表1。

3.2 磁軛與輪臂的溫差計(jì)算

溫差計(jì)算公式：

△t=δ/aR

式中δ為熱打鍵單邊緊量；a為磁軛材料的線膨脹系數(shù)11×10-6mm/℃；R為輪臂半徑。

溧陽抽水蓄能電站單邊緊量為1.2～1.4 mm，輪臂半徑為2 125 mm，則熱加墊時(shí)磁軛與輪臂的溫差△t=1.4/(2 125×11×10-6)=59.8(℃)。

3.3 加熱容量計(jì)算

加熱容量計(jì)算公式：

P=K×△t×G×C2/T

式中P為總?cè)萘浚籏為保溫系數(shù)，一般可取2～4(30 mm厚保溫被覆蓋)；△t為計(jì)算溫差；G為磁軛總重；C2為磁軛平均半徑0.5 kJ/kg；T為預(yù)計(jì)所需加熱時(shí)間。

表1 加墊量統(tǒng)計(jì)表 /mm

溧陽抽水蓄能電站熱加墊計(jì)算時(shí)保溫系數(shù)取3，熱容量取0.5 kJ/kg，預(yù)計(jì)加熱時(shí)間為10 h，磁軛重量約為200 t，則熱加墊所需容量為：P=3×60×200 000×0.5÷3 600÷10=500(kW)。

4 加熱板及保溫材料的布置

4.1 加熱板的敷設(shè)

溧陽抽水蓄能電站磁軛高2 800 mm，磁極安裝面兩側(cè)為通風(fēng)溝，加熱板長800 mm，寬300 mm，每個(gè)加熱板容量為4 kW。由于通風(fēng)溝與主立筋相隔很近，磁軛內(nèi)圓與轉(zhuǎn)子支架環(huán)板距離只有10 mm，隔熱難度大，因此，加熱板只能敷設(shè)在磁極安裝面。根據(jù)加熱板寬度，磁極安裝面可布置2件，圓周方向20個(gè)磁極位置可敷設(shè)40件。根據(jù)加熱板長度及加熱總?cè)萘坎⒖紤]加熱時(shí)熱量上移，最終決定磁軛上部300～400 mm不敷設(shè)加熱板，軸向方向布置3層，軸向方向下層與磁軛下環(huán)板共用1層加熱板，所有加熱板用12#鐵絲固定。綜上可知溧陽抽水蓄能電站共用120件加熱板，容量為480 kW，加熱板敷設(shè)情況見圖1。

圖1 加熱板敷設(shè)圖

4.2 加溫電纜的布置

根據(jù)加熱板容量布置了兩根主電纜(3×185+1×95)連接至X及-X方向的兩個(gè)控制柜。主控?cái)嗦菲鳛?80 V/600 A，分控?cái)嗦菲鳛?80 V/160 A，加溫線采用單芯4 mm2電纜。每個(gè)控制柜布置分控?cái)嗦菲?個(gè),加熱板采用Y形連接，每個(gè)斷路器控制12個(gè)加熱板，接線時(shí)應(yīng)保證其能分層分段控制。

4.3 加熱膨脹量的測量

在磁軛加溫過程中，磁軛鍵應(yīng)全部安裝入鍵槽內(nèi)，以防止加溫過程中產(chǎn)生位移。膨脹量的測量根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，選擇在磁軛內(nèi)圓與轉(zhuǎn)子支架靠近立筋處布置膨脹量監(jiān)測點(diǎn)，即在磁軛及轉(zhuǎn)子支架上打樣沖，加熱前用內(nèi)徑千分尺測量原始數(shù)據(jù)。

4.4 保溫棚的搭設(shè)

由于轉(zhuǎn)子工位位于交通洞口，其周圍風(fēng)速較大，為不影響熱加墊工作，以磁軛安裝平臺(tái)為支撐，在其外圍用防火帆布覆蓋。

保溫被的敷設(shè)。在加熱板外側(cè)用30 mm厚保溫被全覆蓋，按照先外后內(nèi)、然后上部、最后下部的順序敷設(shè)，并保證其上部保溫被能揭開。保溫被敷設(shè)情況見圖2。

5 磁軛加溫

圖2 保溫被敷設(shè)圖

加熱器布置完成后，用500 V搖表檢查，對(duì)地絕緣電阻應(yīng)不小于0.5 MΩ，并設(shè)導(dǎo)線截面積不小于50 mm2的接地保護(hù)。試投加溫電源，檢查加熱設(shè)施應(yīng)無斷線、斷路、冒煙等異常現(xiàn)象。加溫過程中，由機(jī)、電專業(yè)人員分工巡視檢查，每30 min記錄磁軛加溫電氣參數(shù)、磁軛與支架的溫差并注意檢查加熱板運(yùn)行情況。當(dāng)磁軛與立筋溫差達(dá)到50 ℃后，應(yīng)每隔0.5 h測量一次立筋的膨脹量。控制磁軛溫升速度小于10 ℃/h,并根據(jù)磁軛溫升及上、下溫差和膨脹情況，利用控制柜斷路器手動(dòng)適時(shí)投、切磁軛相關(guān)部位的電熱器。當(dāng)磁軛與支架不易形成溫差時(shí)，可在轉(zhuǎn)子支架上用壓縮空氣作為冷卻介質(zhì)進(jìn)行對(duì)稱、均勻冷卻或采用水淋轉(zhuǎn)子支架及主立筋，使其與磁軛形成溫差，達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的膨脹量。

6 磁軛熱加墊工藝及熱加墊效果

6.1 磁軛熱加墊工藝

磁軛加熱前，需要插入磁軛凸鍵及兩邊的副鍵，副鍵插入的深度要求相等，用以固定凸鍵的周向位移，以此避免磁軛加熱產(chǎn)生周向移動(dòng)。加熱前測量膨脹量監(jiān)測點(diǎn)的原始數(shù)據(jù)，加熱時(shí)的膨脹量以此作為參考。當(dāng)磁軛膨脹量比所加墊片量大于1 mm左右時(shí)，拔出磁軛鍵，用測量工具測量膨脹量。取出5組磁軛鍵，將其放置在安裝場冷卻、檢查及墊片制作，制作完成后在其組合面涂抹MoS2潤滑脂。將配合好的凸鍵放入磁軛鍵槽內(nèi)，然后將兩側(cè)副鍵打緊，打入深度與拔出深度相同，按此方法將剩下的5組磁軛鍵加墊完成。熱加墊完成后停止加熱，由上至下分步、逐漸揭開保溫設(shè)施，然后使轉(zhuǎn)子緩慢自然冷卻至室溫。在溫度緩慢降至室溫過程中，每30 min記錄一次溫度。降溫過程中，磁軛上下內(nèi)外溫差不大于10 ℃，待其冷卻到環(huán)境溫度后拆除加溫設(shè)備，降溫總時(shí)間不小于72 h。磁軛自然冷卻后，拔出副鍵，在各自工作面上涂抹MoS2潤滑脂，用大錘將副鍵對(duì)稱打緊，復(fù)查副鍵打入深度，其應(yīng)與凸鍵下端齊平，并將多余部分切除。

6.2 墊片的制作

膨脹量達(dá)到要求前，應(yīng)進(jìn)行墊片清理及厚度檢查、準(zhǔn)備墊片焊接平臺(tái)、C型夾、氬弧焊機(jī)、焊絲、銅錘、角磨機(jī)等工具，待膨脹量達(dá)到要求后組配墊片，用C型夾將其固定在焊接平臺(tái)上，C型夾距焊接的邊緣應(yīng)不大于10 mm；夾緊后用外徑千分尺測量其厚度，厚度偏差應(yīng)在±0.05 mm以內(nèi)并檢查其間隙滿足焊接要求。采用烏極氬弧焊，在墊片兩側(cè)分段焊接，焊接完成后，再次檢測其厚度，清理并焊接其兩側(cè)的部位，應(yīng)無高點(diǎn)及毛刺。

6.3 磁軛熱加墊結(jié)果記錄

采取以上施工工藝后溧陽抽水蓄能電站6#機(jī)組熱加墊工作取得了圓滿成功，各項(xiàng)數(shù)據(jù)滿足標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)要求。溧陽抽水蓄能電站熱加墊成果統(tǒng)計(jì)情況見表2。

7 出現(xiàn)的問題及采取的處理方法

7.1 加熱板短絲

表2 成果統(tǒng)計(jì)表 /mm

在首臺(tái)機(jī)組熱加墊時(shí)，加熱板電壓為380 V，無金屬外殼，加溫1 h后出現(xiàn)電阻絲熔斷現(xiàn)象，無法進(jìn)行加溫工作。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，加熱板電阻絲無法承受在380 V電壓下的自身重量，遂決定重新采購220 V加熱板并自帶鋁板。加熱板更換后，一次性加墊成功。

7.2 磁軛中心偏移

5#機(jī)組磁軛支墩拆除后出現(xiàn)磁軛偏心較大的問題，最大偏心為0.63 mm。為解決以上問題，采取先加熱鍵槽間隙小的一側(cè)，然后再加熱另一側(cè)。在間隙小的一側(cè)膨脹量滿足加墊要求后，先進(jìn)行間隙小的一側(cè)磁軛鍵的安裝，全部安裝完成后再進(jìn)行其余磁軛鍵的安裝。依據(jù)以上方法，順利地完成了熱加墊工作，其結(jié)果為磁軛同心度小于0.1 mm，滿足規(guī)范要求。

8 結(jié) 語

磁軛熱加墊對(duì)轉(zhuǎn)子磁軛整體加固及轉(zhuǎn)子偏心調(diào)整起到了重要作用，其成敗直接關(guān)系到施工進(jìn)度及質(zhì)量，溧陽抽水蓄能電站熱加墊施工技術(shù)對(duì)同類型機(jī)組具有一定的借鑒意義。

[1] DL/T5230-2009，水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子現(xiàn)場裝配工藝守則[S].

[2] 夏寶國.大型水輪發(fā)電機(jī)組磁軛熱打鍵工藝[J].防爆電機(jī).2015，50(1)：42-44.

[3] 雷京祥.向家壩水電站800 MW機(jī)組轉(zhuǎn)子熱加墊技術(shù)研究[J].水利水電技術(shù).2013，44(4)：90-91.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2017-04-23

TV7；TV743；TV735

B

1001-2184(2017)03-0058-04

呂建國(1986-)，男，四川巴中人，助理工程師，從事水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)工作；

李宏澤(1989-)，男，甘肅會(huì)寧人，助理工程師，從事水輪發(fā)電機(jī)組安裝測量工作.