巨型机组定子修复工艺研究——官地定子铁心修复及定子线棒拆除

宫玉龙，仇新明

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨　150040)

巨型机组定子修复工艺研究

——官地定子铁心修复及定子线棒拆除

宫玉龙，仇新明

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨150040)

摘要：通过官地电站2号水轮发电机组定子故障修复，探讨了水轮发电机巨型机组定子铁心损伤处理的几种工艺方法及定子线棒拆除相关工艺过程，通过官地2号机组定子铁心修复和定子线棒拆除的实际操作过程，为同类型巨型机组提供了借鉴。

关键词：巨型水轮发电机；定子铁心；定子线棒

0引言

1故障现象

官地2号水轮发电机机组于2014年11月11日凌晨出现定子线棒一点接地故障，导致定子线棒及定子铁心不同程度融毁。经吊转子后确认，中性点位置附近7根线棒出现不同程度融毁，发电机出口位置第7层外侧汇流环有明显变形。199～259号、276～314号间线棒及绝缘盒表面大面积烧黑、漆面脱落，259～276号间线棒绝缘烧焦、损坏较为严重(如图1)。熔出的铜水烧损拉杆绝缘，致使一根拉紧螺杆接地，同时烧断蹦出，高温还导致定子铁心段发生熔毁(如图2)，铁心阶梯段及普通片段共6段齿部槽形直接被高温熔毁，线棒熔化溶液及铁心熔毁溶液向下流淌至第9段铁心。上齿压板、拉紧螺杆、定位筋、RTD元件均不同程度损毁，定子铁心经过片间绝缘检查(EI-CID)最终确认阶梯段及普通段共计9段铁心片间绝缘损坏。

图1　定子线棒损毁情况

图2　定子铁心融毁

2定子铁心处理工艺方法及定子线棒拆除工艺过程

2.1根据现场定子铁心损毁情况，提出了三种修复方案

方案1：铁心损伤可采取局部修复方案

本方案针对线棒融毁处损伤铁心采取切割掉融毁处铁心齿部，采用电腐蚀彻底清理毛刺后部份涂刷绝缘胶，用绝缘材料制作适型假齿并用槽楔及回装线棒固定假齿。

方案优点：局部处理，只需拆除有问题线棒，处理损伤线棒及穿心螺杆部位相应铁心，工作量较小，施工周期短，可以满足机组短时间投入运行。

方案缺点：哈电尚无如此大型尺寸的假齿应用实践，且由于局部处理后，更改了定子铁心局部材质结构，磁路发生改变，机组运行存在隐患，安全运行时间不确定。

方案2：定子铁心冲片局部拆除处理

本方案针对铁心损伤采取彻底清除受损部位定子扇形片方法。具体工艺过程为拆除受损无法使用线棒，拆除铁心损伤部位冲片及附近相近范围冲片，拆除冲片采取V形拆除法，待拆除后彻底清理定子铁心，回装定子扇形片，并最终压紧，镶嵌相应线棒。

方案优点：局部拆除损伤冲片及相应线棒，节省时间。

方案缺点：定子冲片拆除后回装新冲片，铁心叠压系数及最终铁心压紧量无法保证，且铁心压紧后容易出现不可控形变，存在很大不确定性，机组运行存在隐患。

方案3：定子铁心彻底修复方案

本方案工艺过程为拆除定子上下层所有线棒，拆除定子铁心由于穿心螺杆及线棒融毁损伤部位铁心段阶梯片及普通片(具体高度根据EL-cid检测结果而定)。彻底清理定子铁心后进行相应回装铁心冲片及线棒。

方案优点：经过处理后，可以彻底清除定子铁心损伤后隐患，保证机组安全运行。

方案缺点：需要拆除所有线棒，且线棒拆除过程中可能对未损伤的线棒产生损伤，导致线棒无法继续使用，处理周期相对较长，工作量较大。

通过业主、安装局、监理单位和各方会议，结合哈电提出的定子铁心处理工艺方法，经过风险评估、论证，结合机组可调节抢修周期，最终决定采用先拆除所有定子线棒再拆除损伤段高度定子冲片，进行重新下线处理方式，以达到完全消除故障受损隐患，保证机组故障修理后满足长期安全运行。

2.2定子线棒拆除工艺

600 MW水轮发电机组定子线棒全部拆除属业内少见，没有任何可借鉴经验，官地定子线棒整体偏长且较单薄，尤其是为了保证槽满率，半导体无纺布表面涂硅橡胶在机组安装时采用了涂层厚度0.4 mm这个较高数值(涂层厚度使用要求为0.1,0.2,0.3,0.4 mm)，这样硅橡胶固化膨胀后，导致线棒镶嵌在槽内比较难拆除。为了配合线棒拆除并且保证拆除后线棒具有可修复性甚至能达到现场回用条件，结合现场实际情况，对线棒拆除工具及拆除工艺进行了全面的调研，制定了详细的工艺方案。

在工艺方案制定过程中充分考虑了线棒拆除工具、铜环拆除、线棒并头解焊及最终上下层线棒的拆除工艺。首先工具方面，除了使用通用工具，为了保证线棒顺利拔出，考虑定子铁心槽内部件结构情况(上下层线棒之间有层间垫条存在，铁心槽底在定子装压完成后喷涂6135低阻漆)，提制了两种不同材质(斜度为1∶25)的斜楔配合线棒拆除：环氧玻璃布胚板及不锈钢材质，长度分别为1 200 mm,3 100 mm。由于钢楔加工材质要求较高，加工周期较长，通过调研结合电站库存情况，磁轭副键备品尺寸符合提制钢楔各项要素指标(外形尺寸、刚度等)。经过现场处理立即可以投入使用，对磁轭副键小头端进行减薄斜面处理，端部磨至3 mm左右厚度且四周圆角过渡，磁轭副键通长四周修磨圆角，以防止楔进铁心过程中对定子铁心造成二次损伤。其次在铜环拆除过程中优先考虑整体拆除，这样在后期回装能最大限度的节省安装时间，但是鉴于铜环在定子故障时造成大约六分之一范围铜环绝缘及铜环支架不同程度碳化，要进行绝缘铲除后重新绕包绝缘处理，整体拆除对后期绝缘绕包操作空间及绝缘支架更换工作难度较大，决定采用分层整段拆除，保证铜环的整体性，这样能最大限度的节省拆除及后期回装时间。在铜环拆除后起吊存放过程中考虑到铜环圆周跨度较大，吊车起吊过程吊点要分布均匀而且尽可能的多布置吊点从而保证铜环整体均衡受力，避免受力不均导致绝缘开裂、损坏。在线棒并头解焊过程中，鉴于中频焊机解焊条件制约要素较多(设备、人力资源、时间等)，决定采用气焊解焊工艺，气焊设备及操作人员要求相对要求限制因素较少，在解焊过程中需对线棒端部绝缘进行包绕保护，并同时进行必要的冷却降温，防止并头开焊过程中热传递损伤绝缘。最为关键的一步就是定子线棒从定子铁心槽内拔出，由于线棒安装槽满率过高，线棒必将受强力破坏力才能从槽内脱出，为了保证线棒的拆除后保证较好的直线度，达到能最大限度的修复回用、降低修复成本，这就要认真分析线棒拔出受力点位置，线棒拔出过程中要均衡线棒受力情况，保证线棒拆除后的直线度。

上、下层线棒拆除过程：经过受力分析及线棒实际在槽内位置情况，现场采用在线棒上下端的斜线部位近槽处各用一个手拉葫芦上下轮回受力，先将线棒上端拉出约10 mm空间位置，插入工具楔子，通过楔进上层线棒背部挤压上层线棒，使上层线棒松动后再配合线棒两端小幅不断晃动达到让线棒脱离定子铁心槽内。但是由于槽满率过高定子硅橡胶固化后线棒在定子槽内异常牢固，环氧玻璃布板斜楔硬度远远达不到使用效果就被击打受力过大损坏。综合考虑后决定直接使用钢楔，采用先通插入短钢楔，待短钢楔全部打入铁心后拔出更换长钢楔，长钢楔全部打入槽内后，根据线棒在槽内紧固实际情况，必要时可以配对使用钢楔打入槽内，最终使线棒直线段整体出槽完成线棒拔出。拔出下层线棒过程中，由于下层线棒与铁心之间仅有一层6135低阻漆，无法直接使用钢制斜楔，经调研采用垫条配合钢楔楔进拔出下层线棒的方案，将层间垫条剥取适当厚度垫在铁心槽底，配合钢楔打入铁心长度不断调整垫条深入铁心长度，达到保护铁心目的。根据线棒拆出槽后直线度情况，采用上、下端手动葫芦拉可移动软吊带，软吊带随着线棒出槽位置空间不断移动，避免作用点集中于端部使线棒受力后应力集中出现导致中上部弯曲现象。线棒垂直方向作用力拉线棒时，考虑线棒中间受力变形，采用拉上端时下端推回槽内，拉下端上端推回槽内，这样来回反复晃动线棒，配合使用钢楔，使之脱离原有位置直至移动出槽内，保证线棒所受应力最大限度的偏移(如图3)。通过试验试拔故障损坏处上下层线棒，工具对铁心无任何损伤，拔出线棒形状及直线度良好，符合返厂修复条件，验证了工艺方案的可执行性。

根据对拆除线棒要求：端部防晕层破坏、槽内主绝缘层破坏厚度不超过0.8 mm、端部防晕段外的绝缘层破坏厚度不超过1.1 mm，直线度不超过2 mm/m均可进行修复后再次使用，官地定子线棒总计1 260根，除去定子一点接地故障直接烧毁113根，返哈电可进行修复线棒1 090根，线棒拆除完好率达到95%。

图3　定子线棒拆除

3结语

由于巨型机组线棒整台机拆除无任何成型的可借鉴经验，所有操作都是依据官地电站具体条件并结合现场施工，根据实际修复情况不断地调整、完善工艺方案，最终顺利的完成了线棒拆除及损毁段铁心冲片拆除工作。定子线棒从11月27日拆除绝缘盒到下层线棒全部拆除完成仅仅用时一个月，定子铁心拆除10段约450 mm高仅用时6天，短时高效的拆除工作为定子的整体修复赢得了宝贵的时间，打下了坚实牢靠的基础。官地2号水轮发电机经过修复，已于2015年5月16日并网发电投入商运，官地2号机组定子铁心修复工作在600 MW及以上容量机组的定子铁心大面积修复及定子线棒整体拆除开辟了先河，为同类巨型机组定子线棒拆除及铁心拆除修复积累了宝贵的可借鉴成功经验。