对水轮发电机定子冲片实际工作中问题的探讨

张均臣

摘 要：本文主要对水轮发电机整个组成部分的定子端部的冲片逸出所造成的整个发电机组的故障，经过一定的现场分析，并在处理过程中查找出问题的原因并进行一定的处理，需要进行全面的了解。这就对更好的改进整个设计，提高整个发电机组的安全性，保证水轮发电机的安全运行，有着极其重要的作用。

关键词：水轮发电机；定子；冲片

前言

近些年来，随着水轮发电机数量的不断增多，无论是国内生产的，还是从国外进口的，都有定子端部冲片逸出的状况发生，造成了很多事故的发生，比如说停机短路、线棒的绝缘层受损。正是由于这类事故的发生，使越来越多的工程技术人员投入越来越多的精力去分析研究其发生的原因和机理，并提出合理的技术保障措施。

1 事故的发生

水轮发电机组一般在运行一两年的时候就会出现定子的线棒被割破的情况，这就造成线棒绝缘层受损，引发了定子短路烧毁，其实绝缘层的损坏是一个逐渐变化的过程，最开始的分析是由于电磁力的影响，使得冲片发生了移动。但是通过验证，事实并非如此。经过反复的比较分析，最终验证发电机的定子温度存在冷热变化，同时机座和铁心之间存在较大的温差，这就会发生热胀冷缩，使得机座和铁心之间发生位移，就会产生摩擦力，便会对线棒发生连续不断的割磨，使得绝缘层遭到破坏。但是具体的变化过程，主要还是要根据发电机组所处的环境不同而定。

2 定子冲片逸出的原因分析

要想分析冲片逸出的原因，就必须要了解定子端部的一些具体结构。一般对于低转速的发电机组来说，定子冲片轭部径向相对比较窄，因此，我们通常采用的螺杆是铁心背部拉紧螺杆而并不是穿心式螺杆。

2.1 冲片的装压

对于任何一种机组来讲，对机组运行的可靠性影响较大的就是装压叠片的质量，但是影响叠片的质量有很多因素，例如，各部分零件加工的精细程度、压紧度大小、压紧度的均匀性等，因此只有这些因素都处于一个良好的状态，才能真正的保证定子铁心的质量，才能让发电机组正常的运行，但是真正要做到各部分都处于一个良好的状态是比较难的，即使状态都趋于良好，但是由于定子冲片整体压紧还要受到定子高度的影响，铁心上部的受力往往是大于下部的，这样就会造成端部冲片逸出。

2.2 端部的结构

定子端部的结构一般是采用阶梯状，现场检查端部的冲片逸出，一般是发生在与齿压板结合部位的冲片，由于热胀冷缩的影响，片与片间有很大的摩擦力相互作用，如果说每一层阶梯的冲片粘结程度较好，就会使得整块粘结片出现胀缩，就会防止冲片的窜动。相反，如果粘结的程度不够，就会使与齿压片接触的那个冲片脱离整体，造成冲片的逸出，窜动的次数多了，冲片逸出的次数就会增多，对线棒造成切割，破坏绝缘层。因此，冲片间的粘结牢固性起着重要的作用。

2.3 铁心的热应力

水轮发电机所采用的是轴，径向强制通风冷却的，这就使铁心的冷却很不均匀，尤其是下游侧冷却效果是最差的，热变形的情况也相对来说是最大的，整个发电机组在启动的过程之中，机座和铁心之间存在热膨胀差值，这就会出现相对位移，当发电机组停机时，机座整体泡在水里，温度较低，机座与铁心不仅存在温度的差异，也存在降温速度的差异。如果冷热过程持续发生就等于冲片处于一种蠕动的状态，就容易造成个别冲片的逸出。

2.4 运行的工作状况

发电机组的运行受到多方面的因素影响，按照国家发出的一些指令，可能会发生随时开机停机的情况，特别是一些承担调峰的水电站，发电机组的开停机是非常频繁的，大约每年的起停次数将近一百多次，这就会使铁心长期的热胀冷缩，最终导致端部的冲片脱落。

3 冲片逸出解决措施

3.1 如果确定冲片逸出的原因是由于端片的粘结造成的，那么就可以重新选择粘结端部阶梯片，所使用的粘结方法必须要按照工艺流程来进行，保证粘结的牢固性，在粘结的过程中，不能够使用稀释剂，要使整个定子冲片粘结成一个完整的整体。另外，再重新装压时，还可以在冲片之间涂上一层二氧化钼，这就可以进一步降低定子扇形片之间的摩擦系数，减小摩擦力。

3.2 在每个定子的端部安装一个挡块，用螺丝钉固定在定子齿压片的端头，还要做的就是要严格控制定子冲片的间隙，如果说是间隙过大，就会使得冲片逸出后出现歪曲，如果想要加入挡块，就必须要解决齿压板的钻孔问题，由于齿压板所使用的材料都是高密度无磁性的钢，加工难度极大。

3.3 假如说加挡块的方法在现场较难操作，我们还可以采用其他的方法，也就是在每个下层线棒靠近铁心出槽口的位置加入一个u型的钢槽，它的主要作用是保证线棒不受逸出冲片的磨损，但是加入钢槽也会增加一定的耗损和热能，但是影响并不是很大。

4 冲片逸出的预防措施

在实际操作中，除了维修以外，我们还应该学会一些预防和技术改进措施。就已经投入使用的发电机来说，我们首先应该做的就是检查整个发电机组铁心的松紧度，及时的对铁心进行检查，对铁心进行重新的压紧。只有这样做，才能防止定子冲片的逸出。我们在压紧铁心之前，可以在铁心两端的最外段注入环氧树脂，使得就算铁心松动也不会发生断齿的现象。

4.1 针对所采用的可移动的双鸽尾定位筋，为了增加对冲片逸出的限制，我们可以将定子端部的冲片以及上下第一段的冲片的鸽尾槽形式改成为闭口槽形式，这就会使鸽尾筋对阶梯段的定子的受力能力增加两倍以上。

4.2 我们还可以在铁心端部的第一段冲片增加一个绝缘的销孔，至于绝缘销的材料最好是强度较大的材料，增加对端部定子扇形片的限位作用，保持整个铁心的一致性，要保证绝缘销安入销孔的牢固性。

4.3 为了防止冲片的逸出，我们还可以进行一些技术改进，例如，改变齿压板的设计结构，在齿压板的端部设置台阶，这样做就会阻止冲片因为热胀冷缩逸出。这种结构形态的齿压板虽说是结构较为简单，但还是会造成装压难度的加大，与此同时，工作量也会随之增加。

4.4 铁心的结构也可以进一步的改进，采用浮动铁心结构。用螺栓将铁心通过下游齿压板与机座进行连接，这么做就会保证冷热变化时机座与铁心之间可以自由的滑动，不会产生过大的摩擦，使得绝缘层被破坏，发生事故。

4.5 视情况采用高强度碟形弹簧防铁心松动。定子铁心在长期运行后， 绝缘漆在热态环境中将逐渐收缩。为此，可以视情况采用在铁心拉紧螺杆上端加高强度碟形弹簧的压紧结构。由于碟形弹簧的存在而产生适当的缓冲作用，使得铁心收缩稳定后仍然保持一定的安全压力，从而保证铁心运行的可靠性和稳定性。

4.6 采用简化组装作业的结构设计。采用工艺导向键来定位叠压铁心。由于无需传统结构的鸽尾形定位肋板与托板、托板与机座环板间繁琐的预装焊接工序，仅需在定子机座各环板上装环形靠板，使得工艺导向键的装夹、调整简单方便精确。

5 结束语

发电机定子铁心作为电磁能量转换的中介，在运行时所处的状态和静止时状态的区别是很大的。在设计或分析问题时不能只针对静止状态，而应该考虑到所用材料在机械力、电磁力和热膨胀作用力下将产生的变化。设计工作是最重要的环节，设计应该充分考虑到后续工作中可能会出现的难点，应该设法改进结构、改进材料、明确要求，使得对后续的制造、组装、运行等方面的要求降为最低。本文分析了一些还没有被国内专家所认识的发电机定子铁心松动的重要原因，解释了以往没能解释的现象，为确定正确的防止定子铁心松动的对策奠定了基础。

参考文献

[1]吕延春，等.水轮发电机定子硅钢片径向位移分析及处理[J].水电站机电技术，2010（1）：8-11.

[2]杨进，等.进口大型灯泡贯流式发电机定子铁心端片位移原因分析与处理[J].红水河，2010（2）：69-71.endprint