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机组定子铁芯松动原因分析及预防措施

作者:蔡碧海日期:2017年6月6日 17:04

摘要:主要叙述水轮发电机组定子铁芯松动后的现象、危害、原因分析、预防措施。

关键词:机组、定子、铁芯松动、预防措施

     发电机的定子由机座、铁芯、线圈等部件组成。机座是用来固定铁芯的,铁芯是发电机磁路的主要部分,它由扇形冲片、通风槽片、齿压板、拉紧螺栓、托块、定位筋等部件组成线圈则形成发电机的电路,稳固的承载负载电流。

    在水轮发电机组的正常运行中, 定子铁芯承受着重力、负荷电磁转矩、转子磁拉力、端部漏磁影响等共同作用,同时,定子本身也会产生基频振动和倍频振动,特别是倍频振动所产生的振幅较大,更容易导致铁芯松动,硅钢片齿部断裂,折断的小碎片在机组运行过程中,产生电磁振动,长期磨损线棒,至线棒绝缘层遭受破坏,从而绝缘变差,在运行中造成接地。

1、电站的基本情况及3#机的运行情况

1.1 电站的基本情况

茶林河水电站是一座以发电为主,兼顾防洪、灌溉、养殖、旅游等综合利用效益的中小型水电枢纽,位于湖南省慈利县境内的澧水中游,是澧水干流规划的第13个梯级电站,上距离慈利县城约15km,下距三江口电站约30km。茶林河水库校核总库容1.29亿m3,坝址以上控制流域面积11642km2,占澧水总流域面积18583km262.6%采用贯流式水轮发电机组,总装机容量54MW3台*18 MW设计年发电量2.458亿kW·h,日调节电站,属Ⅱ等大(2)型工程。

茶林河水电站工程于2003年9月开工建设,2005年下半年工程建设逐步处于停工状态。2008年6月湖南新华公司收购茶林河水电站, 8月18日茶林河水电站复工,1#至3#机组分别于2009年1月10日、9月1日、11月29日并网发电,2009年11月底主体工程完工, 2012年7月通过了工程竣工验收。

1.2 3#机的运行情况

茶林河3#发电机组自2009年11月29日投入试运行以来,总体运行情况基本良好,但也存在一些问题,如:在额定水头的情况下,机组出力达不到设计要求;组合轴承处有甩油现象,导致定子、转子表面有油污;停机态在进入定子检查时,有时候发现有掉落的定子槽契。根据机组运行的健康状况,茶林河电站于2014年11月25日开始对3#机组进行A级检修。

2、定子线圈的检查情况

3#机组定子于2014年12月15日拆卸并吊放至安装间,2015年1月1日进行电气试验。开始测试线圈绝缘电阻、线圈直流电阻,直流泄漏等测试数据合格。在对A相线圈进行交流耐压试验过程中,当谐振耐压试验装置自动缓慢升至10kv时(预设交流耐压值15kv),定子线圈发出放电声并伴有冒烟,试验中止。经检查发现,定子线圈击穿点位于85槽,该处线圈端部靠铁芯处有深7mm长30mm的陈旧伤口,定子B相、C相交流耐压试验正常。

3、定子铁芯的作用及铁芯松动的现状

3.1定子铁芯的作用

定子铁芯是发电机定子的重要组成部分,其作用:一是构成发电机的主要磁路;二是用于支撑定子绕组,使其稳固的承载负载电流。在水轮发电机组的正常运行中,定子铁芯承受着重力、负荷电磁转矩、转子磁拉力、端部漏磁影响等共同作用,同时,定子铁芯本身也会产生基频振动和倍频振动,特别是倍频振动所产生的振幅较大,更容易导致铁芯松动、硅钢片齿部断裂等现象的发生。

3.2铁芯松动的现状

 

            交流耐压试验时第85槽线圈被击穿冒烟  

           

 85槽线圈被铁芯小碎片切割

35槽线圈铁芯松动情况             

    

铁芯拉紧螺杆绝缘垫被损坏

4、铁芯松动的原因分析

1月17日,在拆完槽楔板及绕组线头,并取出部分线棒后,发现34、35、138、139槽等多处铁芯都存在不同程度松动现象,且三分之一的铁芯变形严重。通过分析,认为导致铁芯松动的主要原因如下:

4.1在原压装过程中,现场施工人员基本未参考相关技术参数标准,而是靠经验进行压紧施工,查阅相关施工资料,也未发现铁芯压装时拉紧螺杆收紧的压紧力施工数据记录,由此可以认为所有的拉紧螺杆相互之间预紧力不均衡,机组运行过程中铁芯受热膨胀,停机后冷却回收,在交变应力作用下,螺杆疲劳失去预紧力,拉长变形,在电磁力作用下引起叠片振动,容易导致边段铁芯叠片的齿部折断;

4.2部分绝缘垫圈爆裂脱落,拉紧螺杆失去拉紧力;

4.3齿压板压指受铁芯热膨胀影响局部变形,压指平整度被破坏,铁芯压紧力不均匀;

4.4冲片的制作和绝缘漆的质量存在问题,漆膜收缩导致铁芯松动;

4.5铁芯冲片材料厚薄不均匀,冲片材料在卷料时往往中间厚两边薄;

3#机85槽处铁芯叠片从外形上看正是由于拉紧螺杆松动,使得铁芯叠片的变形量较大,叠片一端的齿片折断,折断的小碎片在机组运行过程中,产生电磁振动,长期磨损线棒,至线棒绝缘层遭受破坏,从而绝缘变差,造成接地,所以在交流耐压试验中被击穿。

5、铁芯松动后的危害

5.1铁芯局部松动会导致铁芯局部过热、叠片折断等事故,定子铁芯的定位筋及冲片鸽尾槽也会存在因铁芯松动而产生机械磨损的现象。

5.2铁芯过热,甚至烧毁,松动的定子铁芯叠片因频繁的振动,还将损坏硅钢片之间的绝缘,以致造成片间短路而形成铁芯的局部过热,严重时有可能将铁芯烧熔。

5.3铁芯齿部叠片折断。定子铁芯在交变磁场作用下,会产生基频振动,同时受转子磁拉力的作用,还会产生倍频振动。当铁芯松动时,振幅加强,松动的叠片因频繁的振动,最终导致金属因疲劳而折断。

6、处理方案

6.1全部拆除线圈,重新叠片;对外观合格的线圈,现场检查,耐压试验,涂防晕漆;外观不合格的线圈返厂处理;

6.2 对85槽、35槽、217槽附近的部分线圈进行拆除,冲片进行压实处理,线圈回装、整形、涂绝缘漆、做试验。但不能保证该定子正常运行到下一个大修期。

根据电站现场定子线圈拆开后对定子铁芯变形情况的观察、测量,最后共同商定:将3#机组定子线圈全部拆除,定子铁芯重新叠压。定子进行维修具体方案如下:

6.2.1将定子线圈全部拆出,将定子线圈清理干净并按线圈表面的损伤情况分类放好,将表面损伤不严重的线圈进行修复处理,将表面损伤严重的线圈作返厂处理,按规范做耐压试验;

6.2.2将定子铁芯拆出,对定子冲片进行分类,将变形的定子冲片报废,合格的定子冲片返厂清理干净,重新上漆;同时加冲定子冲片补足不够部分;

6.2.3铁芯拆完后,除定子机座、定位筋、齿压板、垫块和部分定子冲片,其余全部更换;

6.2.4检查、校正齿压板的平面度和平行度,处理齿压片的焊缝完好;

6.2.5定子测温元件由24个增加为48个,按定子测温装置图纸安放测温元件;

6.2.6定子铁芯压装严格按有关图纸及工艺方案执行,铁芯压装后应做铁损试验;

6.2.7定子装配按有关图纸和工艺方案执行,并进行直流、交流耐压试验[1]

7、预防措施

发电机定子铁芯产生松动后的表面特征是非常明显的,从松动到出现故障,一般会有一个逐步劣化的过程,我们应该加强平时的日常管理工作,预防松动的发生:

7.1 首先在定子装配过程中,包括定子外壳组圆,机座的调整和焊接,基准定位筋、大等分定位筋的安装和焊接,铁芯冲片叠装和压紧调整,线圈的安装等工艺,应该严格按照《水轮发电机定子现场装配工艺导则》进行,需要对每一个环节加强控制,这样才能有效避免铁芯松动问题的发生;

7.2 发电机的继电保护装置应稳定可靠,每次机组检修时应一同检修保护装置;

7.3 在进行机组并列操作时,应严格履行操作票制度,严防非同期并列对发电机造成冲击损坏;

7.4利用巡视检查的机会(停机态),定期对发电机定子进行检查,做好发电机运行维护保养,保持发电机清洁,是否发现有松动或掉落的槽契;

7.5利用检修的机会,对定子铁芯内膛和铁芯背部进行检查,当铁芯齿部、背部出现铁红色油污时,可判断铁芯处于早期松动阶段;

7.6在检查定子铁芯的同时,还要及时检查压紧螺母、端部紧固件等是否出现了松动现象;

7.7 根据规程要求,定期做发电机绝缘试验,及时发现发电机存在的隐患;

7.8 加强发电机各部温度的监视,严禁发电机长期超额定值运行。

结束语:总而言之,定子铁芯松动的原因是多种的,无论是设计、制造、安装、运行都有可能产生定子铁芯松动,因此需要对每一个环节加强控制,这样才能有效避免铁芯松动问题的发生。

 

参考文献

[1]《水轮发电机定子现场装配工艺导则》SL 600-2012,水利水电出版社。

作者简介:蔡碧海,1971.2,男,工程师,本科,从事了14年的水电站机电运行、安装和检修工作,8年的安全生产管理工作。

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