萬家寨水電站發(fā)電機(jī)定子改造組裝

王偉博，欒少帥

（黃河萬家寨水利樞紐有限公司，山西 偏關(guān)036412）

1 引言

萬家寨水電站位于山西省和內(nèi)蒙古自治區(qū)交界的黃河干流上，電站裝機(jī)6×180MW，設(shè)計(jì)年發(fā)電量27.5億kW·h，截至2014年，萬家寨6臺(tái)機(jī)組已經(jīng)運(yùn)行超過15年，在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子溫升偏高和定子鐵心沖片向內(nèi)竄出割破定子線棒絕緣兩大問題，直接威脅著電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。針對問題，2014年制造廠家對發(fā)電機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)改造，2018年4月全部機(jī)組完成改裝。

2 發(fā)電機(jī)定子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

根據(jù)原機(jī)組運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，本次改造將發(fā)電機(jī)定子鐵心外徑由原機(jī)的Φ12800mm調(diào)整為Φ12900mm，增加定子鐵心軛部尺寸以便采用穿心螺桿壓緊結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑φ12130mm，長1850mm，540槽。定子鐵心沖片采用0.5mm厚的優(yōu)質(zhì)硅鋼片50W250。在定子鐵心端部的第1段沖片的軛部增加絕緣銷以增強(qiáng)對端部定子扇形片的限位作用。定子繞組的線規(guī)、定子鐵心槽形尺寸均較原機(jī)組有所改變，使得調(diào)整后的定子繞組電流密度、熱負(fù)荷較原機(jī)組有所下降，以改善定子繞組和鐵心溫升。除上述改變外，改造后發(fā)電機(jī)的其他主要參數(shù)均同原機(jī)組一致。

定子機(jī)座采用大齒壓板（下環(huán)）結(jié)構(gòu)，分6瓣，各層環(huán)板通過鋼管、盒型筋及立筋焊接組成，每瓣外形尺寸：7325mm×1916.67mm×3195mm、重量19t，在電站組裝焊接，利用小合縫板和定位銷釘，保證各部尺寸準(zhǔn)確。因本次改造定子鐵心外徑放大了，為保證定子機(jī)座的剛度，機(jī)座外徑放大50mm（由原來Φ14600mm變?yōu)棣?4650mm）。

3 定子機(jī)座組合和測圓架安裝

定子組裝工作在廠房主安裝間進(jìn)行。改造前，先將定子機(jī)座的工地焊接坡口面及附近至少50mm范圍內(nèi)的銹蝕、油污、焊渣等雜物進(jìn)行清理干凈，并打磨出金屬光澤。

組裝時(shí)，先將定子機(jī)座的坐標(biāo)基準(zhǔn)線、輪廓線在主安裝間定子檢修工位上劃出，確定中心柱位置后安裝中心柱，并保證安裝誤差半徑不大于3mm，調(diào)整其垂直度不大于0.05mm/m。將放有楔子板的支撐支墩放置到位，調(diào)整各對楔子板頂面高程偏差不大于2mm；按標(biāo)記將分瓣定子機(jī)座吊裝到布置好的楔子板上，調(diào)整機(jī)座下環(huán)表面平面度不大于4mm。然后分次把合各合縫螺栓逐漸調(diào)整定子機(jī)座，直至所有尺寸滿足各半徑公差要求后擰緊合縫螺栓。在每條合縫處裝焊2塊工藝加固板，下環(huán)裝焊4塊工藝加固筋，每道合縫處用3個(gè)楔鐵塞緊。初步調(diào)整結(jié)束后，重新調(diào)整中心柱。測量中心柱在定子機(jī)座鐵心段高度范圍內(nèi)均勻分布的3點(diǎn)外徑，取其平均值作為中心柱的實(shí)際直徑尺寸。

4 定子機(jī)座焊接

焊接前，各合縫兩側(cè)各放置1個(gè)加熱器進(jìn)行預(yù)熱。在定子機(jī)座下環(huán)板每瓣端部和中點(diǎn)的水平和徑向各放置1塊百分表測量焊接前各半徑尺寸。

對除底層、表層焊縫外的其余各層焊縫逐層進(jìn)行錘擊以減少焊縫的殘余應(yīng)力。由4名焊工圓周均布同時(shí)、同向、同速、同規(guī)范鑲邊多道多層對稱焊接。先焊接上、中環(huán)，每焊1/3坡口深，全面測量1次，根據(jù)結(jié)果調(diào)整順序。再焊接下環(huán)焊縫，將大坡口面焊至1/3，在背面清根、打磨、PT探傷合格后，將背面坡口焊至1/2，然后焊接大坡口面的焊縫，如此循環(huán)直至焊縫全部焊接結(jié)束。最后依照上、中環(huán)焊接方法焊接頂環(huán)。焊完后打磨焊縫表面，24h后進(jìn)行UT探傷。合格后清除合縫處所有的加固筋及臨時(shí)支撐，并補(bǔ)焊磨平后做PT探傷檢查。

5 定位筋安裝

定位筋是固定、定位定子鐵心沖片的主立筋，疊片前通過將定位筋與托塊間縫隙塞緊的方式固定定位筋，新定子共135根定位筋。

5.1 基準(zhǔn)定位筋安裝

選+Y處定位筋位置作為基準(zhǔn)（1號）定位筋。將基準(zhǔn)定位筋裝入調(diào)筋工具中，通過調(diào)筋工具來調(diào)整其內(nèi)徑，測量調(diào)整定位筋徑向、切向傾斜＜0.05mm/m，徑向扭斜＜0.10mm。定位筋位置確定合格后，用楔鐵將1號定位筋的全部托塊間間隙塞緊后搭焊在機(jī)座上。

5.2 安裝 9 等分定位筋

先將定位筋大跨距9等分，各等分誤差＜0.30mm，同一跨距內(nèi)各處允差＜0.15mm。測量比較其他8根定位筋與1號定位筋搭焊內(nèi)徑，遵循“先半徑，后弦距”的原則對定位筋逐步調(diào)整，直至半徑和弦距都符合要求。全部調(diào)整合格后，將定位筋托塊搭焊牢固。

5.3 安裝大等分區(qū)間內(nèi)定位筋

再次平分第1跨距內(nèi)（1～15號）定位筋，遵循“先半徑，后弦距”循環(huán)往復(fù)的方式安裝7號鴿尾筋，再安裝其余定位筋。重復(fù)第1跨距內(nèi)定位筋的安裝方式，安裝其他剩余定位筋。全部定位筋安裝完畢后，復(fù)測半徑和弦距，滿足各處偏差要求。

5.4 托塊滿焊

為減少焊接應(yīng)力的影響，托塊焊接先徑向后周向，徑向焊縫由內(nèi)向外焊接并逐層進(jìn)行，周向焊縫順時(shí)針焊接，徑向焊縫起點(diǎn)離機(jī)座內(nèi)徑5～10mm。托塊與機(jī)座各環(huán)板先焊中間各環(huán)板托塊焊縫，再焊兩端各環(huán)板托塊焊縫。所有托塊焊縫遵循以下要求：

根據(jù)機(jī)座內(nèi)圓大小及定位筋數(shù)量，圓周均布分配4名焊工沿順時(shí)針方向施焊；在托塊徑向第1層焊縫滿焊前，各定位筋利用楔鐵、定位筋弦距雙頭頂柱固定牢固，并檢查調(diào)整各項(xiàng)尺寸滿足要求后將第1層焊縫滿焊；托塊徑向第1層焊縫冷卻后，按焊接順序?qū)⒍ㄎ唤钕揖嚯p頭頂柱拆下后裝于后續(xù)各環(huán)板處，檢查調(diào)整定位筋各項(xiàng)尺寸到位后再將該環(huán)徑向第1層焊縫滿焊；第1層滿焊完畢后，利用楔鐵和雙頭頂柱調(diào)整超差測點(diǎn)，滿足要求后再滿焊第2層徑向焊縫。

5.5 機(jī)座大齒壓板上穿心螺桿孔加工

按圖紙?jiān)跈C(jī)座大齒壓板上疊放下齒壓片和10層定子沖片并整形合格，檢查調(diào)整沖片內(nèi)徑；通過沖片上穿心螺桿孔畫出孔洋沖眼加工線，拆出后加工所有螺桿孔，并修整尖角、毛刺。

5.6 裝焊下齒壓片

將下齒壓片準(zhǔn)確擺放在機(jī)座上并調(diào)整平面度，以定位筋為基準(zhǔn)，將下齒壓片搭焊在機(jī)座大齒壓板上，調(diào)整下齒壓片整圓波浪度≤2mm，相鄰齒壓片高度差≤0.5mm，齒壓片與齒中心偏差≤1mm，用定子扇形片檢查合格后再滿焊，焊完后徹底清理并噴漆。

6 定子鐵心疊片

鐵心整圓由45片組成，共50段，每段之間有通風(fēng)槽片，采用3等分疊壓方式。

6.1 鐵心檢查及測量計(jì)算

疊裝前，抽測5堆沖片的內(nèi)外邊4點(diǎn)高度，根據(jù)測量平均值，確定每段鐵心補(bǔ)償片層數(shù)和補(bǔ)償位置。兩層同樣沖片間最多安裝1層補(bǔ)償片，齒部徑向補(bǔ)償片必須打毛后用環(huán)氧膠粘牢。

6.2 鐵心疊裝

疊裝定子沖片前，在壓指與第一層端部沖片之間均勻涂1層二硫化鉬潤滑劑，以減小摩擦力。每層定子端片之間用硅鋼片膠粘接成整體，并安裝絕緣銷。每段疊完后進(jìn)行下列工作：

在定位筋根部放置墊塊，用銅錘打墊塊，靠緊沖片，并用整形棒整形；測量鐵心內(nèi)徑滿足測量調(diào)整單段鐵心長度為b±0.5mm；在疊片到下一環(huán)板前，及時(shí)取出當(dāng)前環(huán)定位筋和托塊間斜楔；記錄每段定子沖片、補(bǔ)償片疊入層數(shù)及位置，作為后續(xù)疊片依據(jù)。

6.3 鐵心分段預(yù)壓

鐵心疊片500mm、1000mm、1500mm左右高度時(shí)各預(yù)壓1次，拉伸器泵組布置及松開順序?yàn)?個(gè)對稱分布并順時(shí)針進(jìn)行；每次壓緊鐵心時(shí)將鐵心槽樣棒調(diào)至槽底，壓完后再重新調(diào)整至疊片位置；預(yù)壓前，利用鉤形扳手順時(shí)針循環(huán)將所有預(yù)壓螺母把緊；為防止端部沖片滑移和產(chǎn)生波浪度，全部螺母把緊逐圈進(jìn)行，預(yù)壓螺母每次旋轉(zhuǎn)擰緊不得超過2圈。逐步提升油泵油壓，分步拉伸直至全部螺母把緊，使預(yù)壓螺桿達(dá)到預(yù)緊力；用拉伸器泵組逐圈多次循環(huán)逐步拉伸松開全部預(yù)壓螺母。

6.4 鐵心最終壓緊

鐵心疊片全部完成后，按圖紙安裝各部零件；調(diào)整穿心螺桿絕緣電阻≥15MΩ；利用整形棒和通槽棒將鐵心槽逐槽檢查整形使能順利通過；鐵心最終壓緊按分段預(yù)壓方法順序進(jìn)行；每次拉伸器泵組全部拉伸把緊1圈后，調(diào)整上齒壓板頂絲使其保持水平，再進(jìn)行下一次拉伸把緊和相應(yīng)調(diào)整上齒壓板水平。全部拉伸把緊穿心螺桿達(dá)到伸長值后，調(diào)整上齒壓板水平，再一次把緊鐵心，最后均布抽測10%穿心螺桿伸長值符合圖紙要求；壓緊完成后拔出全部槽樣棒、槽楔槽樣棒。

定子疊裝全部工作完成后，徹底清理定子鐵心。檢查鐵心波浪度≤8mm，因熱壓后鐵心長度將縮短，鐵心長度盡量向正公差靠近。用緊量刀片檢查沖片齒部緊量，單手用力推入深度＜3mm。圓周均布抽測10%穿心螺桿伸長值，伸長值為 2.55～2.9mm。

7 結(jié)語

萬家寨電站6臺(tái)發(fā)電機(jī)定子進(jìn)行整體更換改造后，解決了發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中定子鐵心端片向內(nèi)竄出割破定子線棒絕緣問題和溫升過高問題，使機(jī)組平穩(wěn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本次萬家寨電站定子鐵心現(xiàn)場組裝，按照機(jī)座組圓對稱往復(fù)焊接和鐵心預(yù)壓采用液壓逐圈整體壓緊的既定方案，保證了機(jī)座、鐵心受力均勻和尺寸的精度把控。萬家寨電站定子改造的順利完成，為后續(xù)機(jī)組改造及其他電廠類似機(jī)組的施工積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。