富春江电厂1号机组改造发电机定子铁心安装

潘晓豪

（中国水利水电第十二工程局有限公司，浙江 丽水 323000）

富春江电厂1号机组改造发电机定子铁心安装

潘晓豪

（中国水利水电第十二工程局有限公司，浙江 丽水 323000）

介绍了富春江水电厂低水头、低转速、大直径发电机组改造的定子结构特点和安装中心的确定，以及机坑内定位筋安装、定子铁心叠装的施工工艺、质量控制要点等，供类似工程参考。

富春江电厂；机组改造；定子铁心；安装

1 概述

富春江水电厂位于浙江省桐庐县钱塘江干流富春江上，电站的主要任务是发电，共装设6台60 MW轴流转浆式水轮发电机组，为华东电网主力调峰、调频电站之一，同时兼有航运、灌溉、渔业等综合利用效益。富春江水电厂1号水轮发电机组是上世纪50年代原苏联制造产品，该机组自1968年投运至今，已经服役40多年，其水轮机水力设计当时代表上世纪50年代的苏联水平，虽然经过历次的大修，但并未从根本上解决机组存在的问题，机组仍然存在机组中心偏差大、定子振动大、铁芯变形严重、转轮漏油等缺陷，直接威胁着电厂的安全经济发供电和系统安全运行。

1号机组于2016年完成了机组整体改造，拆除了老机组定子，在机坑内安装新的定子机座，并进行叠片下线。发电机设备由浙富水电制造，水轮机由VOITH公司制造。

2 发电机定子结构特点

本次发电机技术改造的范围除基础不改，其他均在改造范围内。改造后的定转子中心高程下移50mm。定子机座为钢板焊接结构，采用大齿压板结构，压指焊接在下大齿压板上。定子机座分三瓣，在工地组焊成一体。上下压指均为非磁性材料。定子铁心采用50WW270硅钢片，定子铁心内径φ13020mm。铁心段两端的端板采用铁损小，点焊性能优良的0.7mm厚DWK2硅钢片。每段铁心的两端设有绝缘片，杜绝铁心段间的涡流，以防铁心局部过热。定子绕组为双层杆式波绕组、2支路星形连接。

3 定子机座组装和测圆架安装

测量定子基础板高程，根据基础板实测数据计算确定12只支墩二次加工厚度，每块支墩打上钢印加工后进行安装。定子机座分三瓣运至厂房后，清理打磨组合缝，根据定子的方位将三瓣机座分别吊入机坑和支墩把合后组成整体，紧固组合螺栓。在机座上方布置钢梁安装求心器挂钢琴线，以转轮中心为基准调整机座中心和圆度，在机座外侧和风罩墙之间设立千斤顶配合调整，测量位置为压指立面，机座中心验收合格后先不拆卸千斤顶，机座支墩和基础板焊缝焊接完成后再松去千斤顶。调整好后焊接机座组合缝，无损检测合格后，对称焊接定子机座支墩和基础板焊缝。

用求心器将转轮室中心点（即机组中心4个点）引到定子机座环板上标定，在下机架上安装定子测圆架中心柱，以环板上的基准点为基准，测量中心柱直径，调整中心柱中心，并调整垂直度，垂直度不大于0.02 mm/m,调整合格后锁紧全部调节螺杆，安装测圆架支臂并配重调整好水平度。由于定子铁心组装测量数据多，测量时间长，测圆架中心柱垂直度在定位筋安装和铁心叠片过程中随时复查，确保每次半径测量的准确性。在测圆架上安装百分表测量铁心压指圆周波浪度，并打磨处理，波浪度不大于2mm。

4 定位筋安装

4.1 基准定位筋的安装

基准定位筋是所有定位筋安装的基准，将1号定位筋作为基准，选+Y方向鸽尾筋为1号鸽尾筋(兼顾拉紧螺杆孔)，并以此为基准，按顺时针方向依次编号。安装时先选择一根直线度、平面度最佳的双鸽尾筋作为基准筋，装入预先装好的调筋工具中，再在鸽尾筋周向挂一根钢琴线，测量、调整鸽尾筋的周向垂直度。而后使用内径千分尺和测圆架测量，通过拧调筋工具上的螺钉来调整1号定位筋内径，使定位筋达到以下要求：定位筋半径与绝对尺寸偏差为-0.1～0.1 mm；托块与环板的间隙应小于0.5 mm；鸽尾筋径向扭斜小于0.1 mm；鸽尾筋径向、切向倾斜小于0.05 mm/m。

按要求调整鸽尾筋达到要求后，将基准鸽尾筋的全部托块搭焊在机座环板上，搭焊托块的两侧，每侧2处，焊缝长度约为10 mm，焊缝高度为5～6 mm，两侧要交错焊接。托块搭焊全部结束，待焊缝冷却后拆松调筋工具，用内径千分尺复测鸽尾筋径向、切向倾斜和半径符合要求，测量基准为测圆架中心柱，如发现有超出标准的，则继续调整鸽尾筋。

4.2 安装19等分定位筋

（1）采用“大等分弦距”的方法进行安装，因定子定位筋半径较大（6 738.5 mm），采用“相对弦距”法平均其每跨弦距。总共114根鸽尾筋进行19等分，以1号鸽尾筋（+Y方向）为基准，19等分鸽尾筋编号顺时针依次为1号—7号—13号—19号以此类推至109号。

（2）安装时，选1号基准筋筋面正中点作为中心柱测量基准点，内径千分尺测量基准点绝对尺寸，并记录数据。调整过程中遵循“先半径，后弦距”循环往复的方式，直至半径和弦距都符合要求。

（3）以1号基准鸽尾筋为基准，用中心柱测量其余大等分18根鸽尾筋搭焊内径相对1号基准筋测量基准点的相对值，相对值小于0.05 mm。

（4）同时调整第一环（从上往下）和第三环第一跨距（1号—7号），第一跨用内径千分尺，其余用自制弦距测量工具，测量每跨鸽尾筋水平弦距相对值，以提高鸽尾筋安装效率。各弦距偏差应在±0.3 mm以内，在同一跨距内上下弦距允差应小于0.1 mm。

（5）全部调整测量合格后，用调筋工具将鸽尾筋固定在环板上，全部托块搭焊在环板上。搭焊托块的两侧，每侧2处，焊缝长10 mm，焊缝高5～6 mm，两侧交错点焊。

（6）第一环和第三环鸽尾筋搭焊完毕后，再调整大等分鸽尾筋第二环和第四环的半径和弦距。

（7）托块搭焊结束后，拆松调筋工具。用内径千分尺、中心柱复测鸽尾筋水平弦距，各弦距偏差在±0.3mm以内，同一跨距内上下弦距偏差小于0.1mm。

（8）由于调整工作测量数据多，弦距数据会随着环境温度的变化而发生变化，调整过程中定期和基准筋测量数据校正。

4.3 安装大等分区间内鸽尾筋

安装大等分区间内的其余各定位筋，第一跨距内（1号—7号），先安装4号鸽尾筋，即将此跨距再次平分，以减少累积误差，半径和弦距的调整方式与调整大等分定位筋时一样，待4号鸽尾筋调整合格后，以同样的方式点焊托块。然后再安装2号、3号、5号、6号鸽尾筋，调整过程也遵循“先半径，后弦距”循环往复的方式，直至半径和弦距都符合要求。在这一跨距内弦距平分，各鸽尾筋半径符合要求。重复第一跨距内鸽尾筋的安装方式，安装剩余18跨距内的鸽尾筋。待全部114根双鸽尾筋安装完毕，托块点焊完后，复测全部鸽尾筋的半径和弦距，要求各弦距偏差应在±0.3 mm以内，同一跨距内上下弦距偏差小于0.1 mm。

4.4 托块满焊

全部双鸽尾筋调整符合要求后，按设计规范满焊托板于环板上。采用二氧化碳气体保护焊（焊缝为12 mm角焊缝，3边焊接，见示意图1）。

图1 托块焊接示意图

考虑到焊接应力对半径和弦距的影响，焊接时，径向焊缝应离开机座环板内圆5 mm，径向焊缝均从机座中心向外焊接，先满焊径向焊缝，全部径向焊缝焊完后，再焊接周向焊缝，所有周向焊缝焊接顺序应一致。焊接工艺应遵循以下要求：

（1）所有机座上的径向焊缝均焊完一层后才可以焊第二层径向焊缝；所有机座上的周向焊缝均焊完一层后才可以焊第二层周向焊缝。

（2）焊工在对称的几个工作面上同时施焊，同一环板上的各托板，由2名焊工在一根定位筋两侧同时施焊，且焊接时间、速度应基本一致，每层焊缝应一次焊完。

（3）径向焊缝每焊完一层，全面检查每根鸽尾筋的半径、弦距、扭斜等，做记录。第一层满焊后应逐根检查，其余可抽查。根据径向第一层满焊的检查记录，在径向第二层满焊前，对超差测点鸽尾筋处采取反变形措施。

（4）机座包括四层环板，对其从上到下编号为第1、2、3、4层，先焊接中间环板上的托板，然后上下交替逐环焊接，具体焊序为第3、2、4、1层。每层焊完后，焊渣清理干净，焊缝不得有裂纹、气孔、夹渣及咬边等缺陷。

（5）托块满焊完成，冷态下测量鸽尾筋的内径、扭斜和弦距。各环板处的鸽尾筋半径偏差应在-0.4～+0.2 mm以内，两相邻两鸽尾筋在同一高度上的半径差值应不大于0.1 mm；鸽尾筋的筋面扭斜不超过0.1 mm；鸽尾筋弦距偏差应不大于±0.3 mm，累计偏差不大于0.4 mm。

5 定子铁心叠片

铁心整圆由57片组成，共38段，两端2×24mm，中间36×30 mm，采用半叠压方式（单片一叠，二分之一搭接方式），具体见图2：定子铁心叠装图。

图2 定子铁心叠装图

5.1 铁心试叠片

根据铁心叠装图进行试叠片，叠片高度20 mm左右，硅钢片整形后测量检查半径，检查所有硅钢片齿部和压指的周向错位，不大于1 mm，对超差的部分压指校正处理。

5.2 叠压第一段铁心

（1）拆除下环板上鸽尾筋与托板之间先前打紧的楔块。以后随着叠片高度的增加，逐个拆除楔形块。第一段铁心有定子冲片大约40层、端板3层、绝缘垫片4层和1层通风槽板。

（2）叠第一圈端板。该端板为双面不涂漆的δ0.7板。叠片时，端板应紧靠导向键，接缝对准小压指，并调整好端板齿与压指中心位置。

（3）在端板的上表面齿部涂环氧胶，往上叠一层0.2厚绝缘垫片，然后在绝缘垫片的上表面齿部涂环氧胶，以半叠压方式叠第二层0.7厚端板，上表面齿部涂环氧胶。如此重复直至插入三层绝缘垫片为止。环氧胶组成：环氧树脂E-44，聚酰胺固化剂H-4，稀释剂501，配比为100:75:5。

（4）在第三层绝缘垫片上表面涂环氧胶，以1/2搭接方式往上叠0.5厚定子冲片，然后在冲片的上表面齿部涂环氧胶。

（5）第一段铁心冲片除上部绝缘垫片和通风槽板齿部全部涂环氧胶。

（6）叠完第一段铁心后，用整形棒整形，并均匀塞入槽样棒以固定槽形，每张扇形各2根，各扇形片径向须紧靠双鸽尾键。

5.3 铁心第一次预压

（1）继续进行第二段和第三段铁心的叠片，连续叠至第一次铁心预压高度，在环氧胶干之前完成第一次预压。并随着叠片的升高抽去定位筋和托板间的楔块。每段铁心叠完后用数字游标卡尺测量高度，各段间相互补偿，每段偏差不超过设计值的±0.5 mm，以此来精确控制铁心总高度。

（2）当铁心叠高至18段时进行第一次预压，预压前须将铁心全部整形一次，槽样棒不得露出铁心。

（3）根据铁心预压图纸布置油压千斤顶装置和上部压具。压具与预压铁心段顶部间垫入一层废冲片，放上临时压板。

（4）插入临时螺杆，均匀拧紧全部螺母，利用油泵和油压千斤顶给铁心表面逐步加压至油压28.1MPa。

（5）保压测量铁心半径圆度，分上、中、下三段面，每个段面测量16点以上，并记录。测量铁心内侧（齿部）和外侧的叠片高度，压紧后的铁心设计高度为635 mm。

5.4 铁心第二次预压

（1）拆除铁心的预压装置，并清除铁心表面的污物。继续进行叠片，每叠完一段，整形一次。槽样棒应跟着逐渐上移，以保证定子槽形的几何尺寸。

（2）叠第19～37段铁心，当叠片至第三层环板时安装螺杆固定夹，按第一次的压紧方式装好千斤顶和托板，装上正式螺杆，调整好垂直，螺杆伸出下环板设计长度后，把紧固定夹并锁紧。

（3）安装压具和液压千斤顶，利用油泵和油压千斤顶给铁心表面逐步加压至28.1 MPa，压紧后，铁心设计高度为1 319 mm。

（4）同样校核中心测圆架的准确度，保压测量，铁心上、中、下各均匀分16点以上，测量铁心的内径，测量铁心高度，做好记录。拆去预压装置。

5.5 叠最后一段铁心和铁心最终压紧

（1）叠第37段最后1层绝缘垫片和通风槽板。按图叠最后一段铁心，并根据第二次压紧时叠片高度调整最后一段的铁心高度。

（2）各扇形片径向须紧靠双鸽尾键，按图纸在各扇形片间齿部涂环氧胶，用整形棒先整形，后打入全部槽样棒，并使其紧靠槽底，上端露出铁心50～60mm。

（3）安装上齿压板，并调整压指的中心与冲片齿中心重合。预先测量正式螺杆上端垫圈的厚度，做好标记和实测记录。安装碟形弹簧、顶丝和临时螺杆等压紧装置。

（4）旋上拉紧螺杆上端的螺母，利用油压千斤顶给铁心表面逐步加压至28.1 MPa。测量铁心高度和内径，并测量铁心的紧度。分57点测量定子铁心内侧（齿部）高度，铁心设计高度为1 350 mm（允许偏差为-2～+5mm），实测值为1 351～1 353 mm。上、中、下各均匀分16点测定子内径，铁心设计半径为6 510 mm，实测最大偏差为+0.46 mm。

（5）拧紧全部拉紧螺杆下端的螺母。拆除所有的临时压紧装置。用力矩扳手分三次对称将拉紧螺杆把紧，直到蝶形弹簧压缩到指定高度。利用齿压板外侧的顶丝调整齿压板的水平度。

（6）定子铁心整体验收合格后拆除测圆架。

5.6 铁损试验

（1）铁损试验

定子铁心堆叠完成后，安装试验电缆和温度计，进行定子铁心的铁损试验。试验过程中，测量各部位的温升情况和铁心的振动情况，检查无松动，通风沟、定位筋、拉紧螺杆、机座内部无异常声响。平均单位损耗值为1.407W/kg，最大单位损耗值1.421W/kg，单位铁损没有超过设计允许值1.43 W/kg，为富春江电厂机组改造中铁损参数最好的一台机组。

（2）其余工作

铁损试验后检查铁心拉紧螺杆螺母把紧至碟簧规定高度，将下端螺母与机座下环板点焊牢固，点焊上端螺母止动块。安装上齿压板外侧挡风板，整体清理后铁心槽两侧喷半导体漆。至此，铁心叠装工作完成。

6 结语

富春江电厂机组为低水头，低转速的大直径机组，1号机组发电机定子通过整体更换改造后，机组运行平稳，各项参数优良。本次大直径定子铁心机坑内的组装，充分体会到了不同的机组制造厂家定子铁心组装工艺和工装有明显差别。在大等分定位筋安装过程中，由于等分数量较多，测量数据多，测量数据受环境温度影响明显，加大了弦距均分难度。铁心预压采用液压系统整体预压，铁心受力均匀，保证了铁心半径和高度的精确控制。富春江电厂机组更换改造的顺利完成，为同类型项目的施工积累了一定的经验。

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TV734.2

B

1672-5387（2017）08-0015-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.08.005

2017-02-28

潘晓豪（1975-），男，高级工程师，从事水电站机电施工技术及工程管理工作。