18MW水轮发电机磁极变形及定子铁芯松动原因分析和处理

马海涛

（浙江北溪水电开发有限公司，浙江温州325000）

18MW水轮发电机磁极变形及定子铁芯松动原因分析和处理

马海涛

（浙江北溪水电开发有限公司，浙江温州325000）

针对18MW小型立式水轮发电机转子磁极变形及定子铁芯松动引起的机组事故，进行了全面细致的分析，找出磁极变形、铁芯松动的原因，最后从设计、制造、安装检修等方面对该类故障的预防和处理提出了措施和建议。

水轮发电机；转子磁极；定子铁芯；变形；松动

0 引言

浙江北溪水电站位于浙江永嘉，安装两台18M W高水头竖轴混流式发电机组，机组是天津ALSTO M水电设备有限公司制造，于2001年投产发电。作为发电机的核心部件，定子和转子运行工况直接关系到发电机组能否安全稳定工作。同样定子和转子部位的缺陷、故障对于检修而言也是比较麻烦的。一旦出现问题，一般都要吊转子检查，复杂的还要更换定子线圈，且检修工期较长。所以平时的检修要及时检查发现缺陷并及时合理处理，才能保证发电机的安全经济运行。北溪水电站1号发电机在2005年检修吊出转子后发现转子磁极下端部向外变形凸出，定子铁芯下端部颜色发黑，部分铁芯松动产生电腐蚀、断齿。针对这种情况我们进行了全面检查，从设计制造、安装、运行维护等方面进行了分析和探讨，提出了处理方案并进行了实施。

1 磁极变形

1.1 磁极变形情况检查

转子吊出后，对转子进行了全面的检查发现磁极下端部阻尼环有5副断裂，10只磁极下端部均有不同程度的变形向外凸出，1号磁极下端部有一个绝缘挡块脱落。各磁极下端部变形量数据见表1。

表1

这样的变形情况直接导致定转子气隙由原来的22mm变成了接近12mm，而且变化部位不均匀且没有规律，完全破坏了运行中的机组动平衡，使机组在运行中各部位振动变大，气隙越小的地方发热越厉害，使得相关部位的磁极铁芯和定子铁芯颜色发黑，有明显过热痕迹。

1.2 磁极变形原因分析及处理

由于考虑到发电机经济运行问题，针对该现象原因的分析经过设计制造、安装、运行单位的探讨认为磁极变形可能是磁极铁芯材质问题或者磁极挂装后磁极键未打入到位引起，但当时考虑检修成本并未对该现象引起重视，随后运行中监测发现该变形仍然在加剧，且导致下端部铁芯电腐蚀严重，机组振动越来越大。为了避免出现恶性后果，2011年检修时将10只磁极全部拆除检查，发现磁极铁芯叠片严重扭曲变形（见图1），处理方法是对磁极铁芯返厂矫形或加工新的磁极予以更换。经过对拆下来的磁极检查发现造成该现象的主要原因就是磁极安装时磁极键没有打入到位造成，按要求付键需打入到下阻尼环过5c m左右位置。找到原因后对另一台也有类似情况的发电机临时性处理，即磁极键拆除并重新打键，发现磁极和磁轭的贴近度明显改善。最终对于大修的1号机组更换了10只全新的磁极，重新投产后动平衡试验结果良好，机组运行时的震动和摆度明显减小。大大提高了运行的稳定性。

图1 磁极铁芯叠片发生扭曲

2 定子铁芯松动

2.1 定子铁芯松动检查

北溪1号发电机机组2001年投产后的检查性大修发现定子下端部铁芯部分松动，且松动部位有少量电腐蚀情况，当2005年再次检修时，对比以前的图像资料发现松动现象加剧，电腐蚀严重，部分硅钢片腐烂、断齿（见图2）。由于没有采取妥善的处理措施，发展到2011年电腐蚀严重的部位直接导致槽内线棒绝缘损坏，定子单相接地。对拆出后故障线棒检查发现在铁芯叠片断齿部位出现一个圆形坑洞，主绝缘被破坏（见图3）。

图2 定子铁芯冲片下端部松动、电腐蚀

图3 定子线圈绝缘损坏

2.2 定子铁芯松动的主要原因分析

（1）发电机运行时铁芯受热膨胀，受到附加压力，使漆膜压薄，加之漆膜老化收缩，使片间紧密度降低，产生松动。当铁芯之间收缩0.3%时，铁芯片间压力则会降低到原始值的一半。铁芯松动会产生振动，使绝缘漆膜进一步变薄，松动进一步加剧。

（2）压环及压指的强度不够或材质选择不当也会造成铁芯齿部压紧度不够慢慢使铁芯松动。

（3）铁芯两端的齿压板变形，压指和通风槽钢变形、开焊、脱落、折断等也会引起铁芯松动，当压指或通风槽钢脱出时还会伤到项圈绝缘。

（4）发电机运行中上导油槽甩漏油，发电机内部长期存在油污，在一定程度上加速了定子铁芯的松动、磨损。油的浸入减弱了定子铁芯及风道槽钢的摩擦力，较多的油污进入发电机定子铁芯片间，硅钢片表面的绝缘漆受到油的浸蚀，此时如果铁芯硅钢片间存在微小间隙，在受到交变电磁力的作用下发生振动、摩擦，将会导致摩擦加剧，在一定程度上加速了原本存在轻微磨损、松动的定子铁芯的损坏。

2.3 定子铁芯松动处理

（1）铁芯两端松动的处理。铁芯两端松动可用不锈钢做成楔条插入压指与铁芯之间，打牢后再用电焊焊牢。楔条的大小可根据压指的形状和尺寸及铁芯的松动程度确定，电焊时最好采用氩弧焊，这样可以避免烧伤线圈。

（2）铁芯局部齿轻微松动的处理。修理铁芯局部齿轻微松动时，先用汽油将铁芯松动部分锈迹和油污清理干净，再用干净布擦拭，用尖刀片撬开冲片，插入云母片并塞牢。刷涂配好的环氧树脂胶粘结固化牢。有的采用浸漆的办法也能消除松动。

（3）铁芯齿部损坏的处理。有的齿硅钢片损坏处参差不齐，为防止凸出的硅钢片继续断裂需对其进行修剪，先将要更换的线圈从铁心取出，这样便于修剪操作。对于其它有线圈在槽内的要修剪的齿，为便于操作可将最下一段槽楔取出。对于要断未断的齿将其折断，对于凸出的硅钢片可用剪刀进行修剪，相邻上下层之间凸出控制在2mm以内。注意防止片间绝缘漆受损坏。首先清理除锈使用棉布蘸酒精慢慢擦拭清除硅钢片损坏处的锈蚀及油污。然后片间插入绝缘垫片，硅钢片齿部断裂是由于片间松动，电磁振动所至。在片间插入绝缘垫片使硅钢片与片之间撑紧，防止齿部振动。

北溪1号机组定子铁芯松动分析为原设计使用的压环及压指强度不够、铁芯漆膜变薄等造成，另外由于机组上导油槽长期甩油，大量油污加速了铁芯的松动，松动幅度达5mm左右。再加上转子磁极下端部向外凸出，使得磁隙不均匀，松动的部位在交变电磁力的作用下产生电腐蚀，使得部分硅钢片齿部断裂腐烂。断裂的微小碎片在油污的作用下粘着在槽口附近，慢慢的浸蚀像虫子一样吃掉了线圈的绝缘，造成了定子线圈的接地故障。最终处理方法是在修剪了断裂的铁芯齿部后采用5mm厚的不锈钢楔子板打入铁芯底部焊牢在下压指上，最后用环氧树脂固化牢。

3 建议

为了减少运行中发电机组定转子部分缺陷引起的故障，应该提高发电机设计制造、安装质量，避免发电机制造和安装阶段隐藏的缺陷遗留到生产过程中暴露。运行中要加强对定子铁芯温度的监视，并结合各部位的振动参数、运行中的声音等情况综合进行机组状态分析。要避免发电机上导油槽的内甩油问题，漏甩油可能使定子铁芯松动加剧。另外要特别注意新投产发电机组投运一年后首次检修的各项检查和试验，并做好记录，发现故障点应及时联系制造厂家对故障进行细致分析，并尽早提出处理方案予以解决。

4 结语

针对北溪电站18M W的高水头混流式发电机组出现的问题，通过故障的查找、原因的分析到提出处理方案修复，是在设计制造、机组安装、运行维护等方面积累经验的过程。对于同类型的发电机组类似问题的处理通过探讨、交流能够提高技术人员处理问题的能力，针对存在的问题能制定有效的技术措施，以确保发电机组的安全、稳定运行。

[1]刘 云.水轮发电机故障处理与检修[M].北京:中国水利水电出版社,2002:53-63.

[2]裴新国,刘明先，蔡庆永,等.发电机定子铁芯松动变形的处理[J].水利水电技术.1997（4）.

T M 312

B

1672-5387（2013）01-0035-03

2012-05-24

马海涛（1976-），男，高级工程师，从事水电厂运行维护及管理工作。