龍灘水電廠7號機組轉子磁極移位分析及處理工藝探討

劉 豐

(龍灘水電開發有限公司龍灘水力發電廠,廣西天峨547300)

龍灘水電廠7號機組轉子磁極移位分析及處理工藝探討

劉 豐

(龍灘水電開發有限公司龍灘水力發電廠,廣西天峨547300)

龍灘水電廠7號機組在調速器改造后進行了甩負荷試驗,試驗后發現機組轉子大部分磁極發生移位。對轉子磁極位移的原因進行簡要分析,制定了相應的修復方案,探討了相關處理工藝,并對機組的運行維護提出了合理化建議。

甩負荷試驗；磁極鍵；移位；處理工藝；龍灘水力發電廠

0 前 言

龍灘水電廠是我國繼三峽工程后第2個安裝700 MW級水輪發電機組的水電工程,該機組屬于混流式半傘結構機組。機組轉子支架為斜立筋圓盤式焊接結構,具有保證轉子支架的環形穩定性和向心穩定性的能力。磁極通過鴿尾與磁軛上相應的鍵槽掛接,磁極鍵采用成對的鋸齒形結構,由厚2 mm的NKHA780鋼板沖制而成,用螺栓把合成整體。

龍灘水電廠7號機于2008年12月投產發電以來總體運行指標正常,滿足設計和合同要求。2015年11月,7號機組結合機組小修完成調速器改造并進行了甩負荷試驗,試驗后發現機組轉子大部分磁極發生移位,磁極鍵損壞。水電廠立即組織專家對故障原因進行分析,制定處理方案。

1 龍灘水電廠7號發電機轉子位移情況

2015年11月,7號機組完成調速器改造后,按照規定進行了25%、50%、75%、100%額定負荷下的甩負荷試驗。100%甩負荷試驗時,機組有功功率為700 MW, 無功功率為34 MVar,監控記錄最高轉速146.23 r/min。該試驗結束后進行發電機全面檢查時,發現機組轉子大部分磁極發生了移位情況,其中6號、9號、31號、45號磁極移位嚴重,磁極鍵已經損壞,并卡阻在磁極與磁軛之間。另外由于磁極移位,造成磁極上部旋轉擋風板對定子上圍板的輕度刮傷。

2 原因分析

分析造成磁極移位和磁極鍵損壞的原因主要是磁極鍵把合螺栓強度不足。原磁極鍵把合螺栓為內六角合金螺栓,材質為35CrMoA,8.8級螺栓型號為M5×50。該螺栓不能牢固穩定磁極。

另外,在安裝過程及每年的小修過程中,對磁極鍵進行敲打可能造成磁極鍵片間把合螺栓變形,螺栓強度降低。在機組甩負荷過程中,機組轉速增加,螺栓因承受拉應力增大而損壞。

3 處理方案

采用以下處理方法修復機組故障：①更換6、9、31、45號磁極的磁極鍵,由于31號磁極的磁極鍵損壞嚴重并卡死,須將磁極拔出進行處理。②采購磁極鍵片高強度連接螺栓,螺栓強度由原來的35CrMoA 8.8級提高到35CrMoA 12.9級,對所有磁極鍵把合螺栓進行更換。③對所有發生位移的磁極進行扶正處理,處理完后打緊磁極鍵。④對磁極鍵兩端進行封焊處理,防止變形。⑤改變打緊磁極的工藝,防止打緊過程中造成磁極鍵損壞。

4 處理工藝

對機組磁極進行修復的程序是

(1)先拆除轉子磁極左右兩側上下端擋風板、極間與阻尼連接片、極間支撐、極間擋風板,測量并記錄空氣間隙,為拔磁極鍵作準備。

(2)磁極鍵拔出及檢查。拆除磁極鍵限位螺栓和壓板,在磁軛下壓板磁極鍵觀察孔裝入專用工具,用手錘擊打退出磁極鍵和墊片并編號；檢查磁極鍵是否變形,把合螺栓是否斷裂,鍵片是否脫落；檢查磁極墊片是否斷裂。

(3)鍵槽檢查。具體工藝為將鍵槽內異物及斷裂螺栓全部取出,并用內窺鏡檢查確保無異物及雜質。

(4)磁極鍵修整。在工字鋼上對磁極鍵進行修形處理,保證磁極鍵前后、左右方向平整、無彎曲,將鏈條鍵的上、下端面焊成整體,防止變形。

(5)磁極鍵把合螺栓更換。更換磁極鍵新螺栓35CrMoA 12.9級,涂鎖固劑后用9 N·m力矩緊固螺栓。

(6)磁極鍵復查。檢查磁極鍵接觸面情況,接觸面一側涂抹紅丹,用銅塊墊在磁極鍵端部進行打緊后拔出,檢查接觸面積達到70%以上,否則應進行研磨處理。

(7)磁極鍵回裝。磁極鍵固定裝置緊固螺栓涂鎖固劑后用240 N·m的力矩扳手緊固；磁極鍵限位螺栓與磁極鍵之間間隙用0.02 mm的塞尺檢查不能通過；用扳手檢查所有磁極鍵限位螺栓背帽緊固無松動。

圖1 空氣間隙測量示意

(8)復測空氣間隙。空氣間隙的測點A、B、C、D、E設置如圖1所示,空氣間隙設計值為34 mm,磁極中部間隙B控制在32～36 mm,測點A、C的氣隙差值應不大于2.7 mm,測點D、E的氣隙差值應小于2 mm。

(9)回裝連接件。回裝轉子磁極左右兩側上下端擋風板、極間與阻尼連接片、極間支撐、極間擋風板。

(10)緊固螺栓。各連接件間的把合螺栓扭矩為M10螺栓24 N·m,M12螺栓40 N·m,M16螺栓95 N·m,M20螺栓185 N·m。

5 修復檢查

甩負荷試驗后檢查發現發電機轉子有4個磁極(6、9、31、45號)的磁極鍵變形(斷裂),其中31號磁極鍵變形(斷裂)較嚴重,導致磁極鍵拔不出。用特制專用工具配合50 t千斤頂將31號磁極連同磁極鍵一起吊出,發現31號磁極線圈絕緣有輕微損傷,磁極鍵把合螺栓部分斷裂,鍵片存在脫落、斷裂并卡阻在鍵槽內的現象。為預防同類問題,將其余的55個磁極鍵全部拔出,對磁極鍵及鍵槽進行全面檢查、清理,并更換了磁極鍵及磁極鍵把合螺栓,將每個磁極鍵兩端焊接成整體。復測空氣間隙,發現3號磁極測點A、C的氣隙差值為2.9 mm,不影響運行,暫不處理。磁極其他氣隙數據符合工藝要求。

另外,修復時檢查發現,定子上圍板存在較輕損傷刮槽,但損傷未傷及定子鐵心,不影響設備安全穩定運行,對定子上圍板輕度刮槽及31號磁極線圈絕緣層重新涂絕緣漆。

經檢查,發電機定子、轉子經處理后絕緣電阻測試符合要求：定子繞組絕緣電阻15 s 12.7 MΩ、60 s 101 MΩ、600 s 873 MΩ,吸收比是7.95，極化指數8.64，轉子繞組絕緣電阻280 MΩ。

最后,對上支架、下支架、推力、轉子、定子及冷卻器等各部位進行全面檢查,所有工具器清點退出,設備清掃干凈、補漆,無雜物、無油污、無遺留物在內。用Φ6mm的盤根拉過發電機空氣間隙,無卡阻。

6 總 結

(1)龍灘水電廠機組調速器改造后進行了甩負荷試驗,試驗后檢查發現轉子大部分磁極移位,但對水電站未造成較大影響。因磁極旋轉擋風板是水平安裝在磁極上端,建議對同結構類型機組進行技術改造后,在做甩負荷試驗前,先拆除磁極上的旋轉擋風板,以防刮傷定子鐵心。

(2)建議各水電廠新安裝機組或對機組進行技術改造后做機組甩負荷試驗之后,根據空氣間隙異常情況抽檢抽查磁極鍵是否完好。

(3)采用高強度把合螺栓可以改善磁極鍵安裝工藝水平,最大限度提升設備運行安全性能。

[1]魏炳漳, 姬長青. 高速大容量發電電動機轉子的穩定性——惠州抽水蓄能電站1號機轉子磁極事故的教訓[J]. 水力發電, 2010, 36(9)： 57- 60．

[2]柴方光, 程振偉. 50 MW水輪發電機轉子磁極異常情況分析[J]. 華電技術, 2011, 33(2)： 55- 57．

[3]李勤. 流溪河水電廠2號機上機架振動超標的分析處理[J]. 廣東電力, 2004, 17(1)： 79- 83．

(責任編輯 王 琪)

Analysis and Treatment of Magnetic Pole Displacement of Unit 7 in Longtan Hydropower Plant

LIU Feng

(Longtan Hydropower Plant, Longtan Hydropower Development Co., Ltd., Tian’e 547300, Guangxi, China)

The load rejection test of Unit 7 in Longtan Hydropower Plant is carried out after its governor being transformed. The test finds that most of rotor magnetic pole is shifted. The reason of rotor magnetic pole shift is analyzed, and corresponding repair scheme is developed. Relevant treatment technology of shift are analyzed and some suggestions on the rational operation of unit are also put forward．

load rejection test; magnetic pole key; shift; treatment technology; Longtan Hydropower Plant

2017- 02- 16

劉豐(1979—),男,湖北武漢人,工程師,主要從事水電站機械檢修、維護工作．

TK733.1;TM312(267)

B

0559- 9342(2017)04- 0072- 02