江口水电站1#发电机定子铁心窜片原因分析及处理

(国家电投集团 重庆江口水电有限责任公司，重庆408506)

重庆江口水电站位于重庆市武隆区江口镇，芙蓉江河口以上2 km处，是芙蓉江干流梯级开发中的最后一级电站。电站总装机容量为300 MW(3×100 MW)，采用双曲拱坝、地下式厂房布置型式。坝址控制流域面积为7 440 km2，多年平均入库流量为152 m3/s，多年平均年径流量47.9亿 m3，设计年发电量为10.71亿 kW·h。机组采用三导悬式结构，水轮发电机型号为SF100-28/7650，额定功率100 MW，额定容量114.3 MV·A，效率98.39%，额定电压13.8 kV，额定电流4 781A，额定功率因数0.875(滞后)。发电机定子内径6 830 mm，铁心高度1 420 mm，定位筋84根，线槽336个。发电机转子直径6 774 mm，高度2 200 mm，磁极28个。

1 定子铁心窜片情况及原因分析

在1#水轮发电机组大修过程中，清洗发电机定子时，发现定子铁心下端部的定子铁心阶梯片63槽线棒出槽口处松动。其中-X方向有2处十分严重，且第一段与第二段间通风槽铁心松动，压指也有磨损现象，+Y、+X方向各有3处烧坏，-Y方向有2处烧坏(见图1及图2)。对齿压板全部螺栓进行检查，发现大部分拉紧螺杆与螺母一起转动，定子铁心下沉变形、底部部分铁心向径向部分窜出(见图3)，最长的窜出3～4 mm。

江口水电站水轮发电机定子铁心主要结构要素：铁心固定采用穿心螺杆、定位筋压紧，铁心与定子机座采用双鸽尾定位筋定位，铁心端片采用双组分3 543 A及3 543 B分段黏结成整体，拉紧螺杆设蝶形弹簧，拉紧螺杆绝缘采用绝缘套结构。江口水电站水轮发电机定子窜片主要发生在定子铁心端部，尤其是仅靠压指的扇形片，在机组运行时铁心热膨胀、停机后冷收缩的反复作用下，当该片与压指间的摩擦力大于该片与相邻端片的摩擦力时，就容易发生该片不随定子铁心整体位移，即发生窜片。定子铁心设计时，端片与压指间的最大摩擦力约为0.5 MPa，因此要求端片的黏结强度至少要大于0.5 MPa。定子铁心安装过程中，有可能对端片的黏结管控不严格，导致端片间的黏结强度不高，在机组不断运行和停机过程中，交替热胀冷缩，造成定子窜片，划伤下层线棒绝缘。

图1 定子铁心损坏情况

图2铁心烧伤情况

图3铁心径向窜片

2 处理方案

2.1 线棒拆除工艺

2.1.1 拆铜环引线和极间连接线

用防火布等材料覆盖好定子上表面，防止灰尘和杂物落在铁心内。用扁铲和平錾沿铜环引线和极间连接线平行方向将手包绝缘剔除。用气焊将铜环引线、极间连接线与线棒的连接板熔开。熔开过程中采用棉纱布浸冷水包绕的方式给铜环引线和极间连接线降温，以免损伤绝缘。拆除铜环引线支架上的把合螺栓，将铜环引线整体吊出进行防护。用气焊将铜环引线与连接板熔开。熔开过程中采用棉纱浸冷水包绕的方式给铜环引线降温，以免损伤绝缘。拆除全部铜环引线支架、铜环引线和极间连接线。

2.1.2 拆绝缘盒及连接块

用毛纺布、粗布、硬布等保护好线棒端部绝缘。用防火布覆盖好线棒周围的铁心，防止灰尘和杂物落在铁心内。用切割片沿铁心槽方向将绝缘盒沿两端劈开。用扁铲和平錾将并头板与线棒联接部位环氧胶剔下。用中频焊将连接块中部熔开。熔开过程中采用棉纱浸冷水包绕的方式给线棒降温，以免损伤绝缘。

2.1.3 拆上层线棒

割开绑绳，拆下挡风板、上层线棒的斜边垫块、槽口垫块。用打槽楔工具将主槽楔打出，将副楔及楔下垫条退出铁心槽。将线棒从铁心槽中拆出，具体步骤为：在上层线棒斜边部分用线棒软吊装带捆绑结实，拆线棒时先试着用壁纸刀沿定子槽上下轻轻划动，剔开槽衬纸，用手沿槽内外扳动线棒；用手无法扳动线棒的，则用撬杠和绳子轻轻撬动线棒；线棒活动后边打边试着用手或利用撬杠和绳子轻轻撬动配合扳出线棒。按上述步骤逐一将上层线棒拆出后，全面清理干净上层线棒、层间垫条、斜边垫块、槽口垫块等。最后按要求防护、包装，清理干净铁心槽部。

2.1.4 拆下层线棒

割开下层线棒与端箍支架、线棒与斜边垫块的绑绳，拆下下层线棒的斜边垫块。首先将定子铁心突出严重地方拆出5～10根定子线棒，组织人员评判线棒的损伤程度。具体拆出步骤为：在下层线棒斜边部分用线棒软吊装带捆绑结实，用手沿槽内外扳动线棒；用手无法扳动线棒的，则用撬杠和绳子轻轻撬动线棒；线棒活动后，边打边试着用手扳出线棒或利用撬杠和绳子轻轻撬动配合扳出线棒，将端箍环截断为2～3段，吊出机坑，拆除端箍支架。然后按此工艺顺序的步骤逐一将下层线棒拆出，全面清理干净下层线棒、斜边垫块等，按要求防护、包装，最后将旧线棒修理或返厂。

2.2 铁心处理工艺

2.2.1 定子铁心检查

检查定子铁心长度，作记录。检查定子穿心螺杆是否松动，并作记录。全面检查端箍、铁塔块等无尖角、毛刺及凸出物等。全面清理定子铁心槽，确保无杂物。用铁镊子将黏附在铁心槽壁上的半导体槽衬清除。在木方上缠绕粗布，上下擦拭铁心槽。用白布清理一遍铁心槽，检查铁心槽，无明显遗留半导体槽衬。

2.2.2 定子铁心处理

对槽底凸出的冲片进行锉修处理,不要碰到槽内其余铁心。对于铁心松动间隙小部位，可将松动部位彻底清理干净，涂刷HEC51106环氧室温固化胶，粘接成整体。端部间隙大部位，在间隙处塞环氧半导体层压板或刷胶。对通风槽钢松动等处彻底清理干净,用环氧腻子填充固化。对所有项号片处刷HEC56138或3543硅钢片粘接胶。对定子穿心螺杆重新把紧至设计要求。点焊铁心背部的最底下3张冲片，处理后的铁心见图4。

图4 处理后的铁心

2.2.3 定子铁损试验

处理后的定子铁心铁损试验数据如表1所示。

表1 江口水电站1#机定子铁心EL-CID磁化试验数据 mA

注：1)EL-CID局部磁化试验设备：电压96 V ，电流9.03 A；2)检查标准：测量电流小于100 mA为合格；3)表中测量值为该槽各段最大值。

从表1可以看出，288槽测量值最大为80 mA，在标准值100 mA内，表明经处理后的铁心铁损试验结果合格。

2.2.4 试验后续工作

铁损试验检查合格后，再次把紧铁心，抽测10%定子穿心螺杆力矩值符合设计要求。

2.3 线棒重新安装工艺

2.3.1 “一”字无磁保护片安装

在下层线棒上下端贴“一”字无磁钢保护片，贴好后在线棒上绕一层0.1 mm×25 mm无碱玻璃纤维带ET100-25。一边绕一边涂刷HEC56102 双组份室温固化胶，防止定子铁心窜片损坏线棒绝缘(见图5)。用H31-1灰色漆标出定子铁心轴向中心位置线，每隔10槽标出1个槽号，标出引线线棒位置的槽号，自制样板标出线棒中心的位置线。

图5 “一”字无磁保护片安装位置

2.3.2 装配电阻线圈及引线

电阻线圈刷1235低电阻半导体漆，但距引线头10 mm内不允许刷上漆，待漆干后，用250 V摇表测对地电阻应大于2 MΩ，用惠斯顿电桥测电阻应符合出厂合格要求(电阻值按环境温度计算)。对地耐压220 V 持续1 min。两引线接头应错开20 mm，接头用锡焊牢，表面光滑平整，无尖角毛刺，以免划破绝缘接地。引线头必须放在通风沟内。将电阻线圈埋入槽底或上、下层间，绑牢后用250 V摇表测接地电阻应大于2 MΩ，用万用表检查是否断路，用惠斯顿电桥检查是否短路。

2.3.3 装配端箍

选择形状较好的下层线棒24根，每隔14槽嵌入一支线棒，在嵌入线棒前，将未浸渍的下层垫条用聚酯胶带吊挂在槽底，用压线工具和压线垫条压住线棒。按图纸装端箍支架，轻轻带上螺栓，将端箍绑在绝缘支架上(端箍与支架间垫涤纶毡)，检查端箍支架与线圈端部配合是否良好，调整后固定支架、组合端箍，同时将各环接头连接好。

2.3.4 下层线棒嵌入

按工艺守则，将槽底垫条用聚酯胶带吊挂在槽底部。在电阻测温元件处断开。线棒直线部分包半导体无纺布，下线间隙控制在0.1 mm以下。依定子铁心中心线和线棒中心线为基准嵌入下层线棒。两中心线错位应<2 mm。用压线工具和压线垫条压住线棒。每隔300 mm压1个，按工艺守则绑扎端部，在线棒与端箍之间垫已浸渍的涤纶毡，确保线棒即靠槽底又与端箍无间隙。调整线棒端部间的间隙尽量均匀。重复上述几项操作工艺，将全部下层线棒嵌入槽内。

2.3.5 下层线棒耐压试验

下层线棒下线后进行，试验电压29.2 kV，持续时间1 min，试验合格。将线棒接头用电话纸覆盖好，线棒端部喷环氧脂晾干红瓷漆两次，在10 ℃以上时，每次晾干时间应不少于24 h。

2.3.6 上层线棒嵌入

将垫条(涤纶毡和半导体玻璃布)用聚酯胶带连接好，吊挂在槽内已下好的下层线棒上，在电阻测温元件处断开。在线棒端部的上、下层间垫涤纶毡。线棒直线部分包半导体无纺布。

嵌入上层线棒后用工具压牢，上、下层线棒端头对齐。周向错位<5 mm，轴向错位<10 mm。按守则绑扎端部,调整斜边间隙使其均匀。

2.3.7 装配槽楔

垫好上层垫条，将槽楔放在适当位置，槽楔斜垫塞进槽楔底下1/2～1/3长度，然后用打槽楔工具，将槽楔打进槽中，槽楔端头对齐。用0.5 kg的小锤敲击槽楔检查紧度，标准是：上下两端头的槽楔不允许有空声，中间每根槽楔允许1/3长度有空声，但相邻槽楔的空声部位不允许是连续的。打槽楔时带防护眼镜，防止伤眼睛，按图纸绑扎槽口垫块。

2.3.8 作耐压试验

上、下层同时作耐压试验，试验打完槽楔后进行交流耐压试验，试验电压 28.4 kV ，持续时间1 min，试验结果合格。

2.3.9 焊接

装焊并头套，按专用焊接工艺守则，采用中频发电机组加热，将上、下端并头套焊好，按工艺守则装配绝缘盒。

彻底清理并头板。绝缘盒外表面先用电话纸包好，以便清掉流到盒上的环氧胶。线棒端头绝缘与绝缘盒的搭接长度满足0EA.615.225绝缘规范要求。上端绝缘盒套入线棒接头后，调匀间隙，用环氧泥封住底口，待底口环氧泥固化后，灌入环氧树脂胶。在下端绝缘盒内，盛适量的环氧树脂胶，套入并头板上，下面用木板托着，待固化后取下木板。如果环氧胶低于盒的上平面1.5 mm应填充满。一次装绝缘盒8～12个为宜。清理绝缘盒外表面。

2.3.10 装极间连接线

按专用焊接守则装焊极间连接线，彻底清理所有接头，包绝缘，包一层刷一层HDJ-138胶，按图纸装铜环引线，用专用焊接工艺守则焊引线接头，清理干净后，包绝缘按0EA.615.225绝缘规范进行。

2.3.11 质量检查

铜环接头的电阻值，不大于同长母线电阻的20%，三相直流电阻平衡，任何两相直流电阻的差值应小于平均值的2%。

2.3.12 喷漆

铁心表面及绕组端部喷环氧脂晾干红瓷漆二次。喷漆前需将铁心与压指的接触部位保护好，防止红瓷漆渗入压指和铁心最下端冲片之间。

2.3.13 测绝缘电阻和吸收比

江口水电站长1#发电机重新下线后绝缘电阻及吸收比测量数据见表2，三相直流电阻测量见表3。

注：2 500 V·MΩ表测量；室温23.5 ℃。

表3 江口水电站1#发电机处理后三相直流电阻测定 mΩ

注：室温为25 ℃。

2.3.14 耐压试验

绝缘电阻和吸收比合格后进行耐压试验。

按规范进行直流耐压试验，分阶段升高电压。每阶段要停留1 min，记录泄漏电流及其变化情况。直流泄漏电流试验见表4。按规范进行交流耐压试验，见表5。

表4 江口水电站1#发电机处理后直流泄漏电流试验数据 μA

注：室温为25 ℃。

表5 江口水电站1#发电机处理后工频交流耐压试验

注：试验电压为20 700 V；时间为1 min。

3 处理后的效果

江口水电站1#发电机定子处理完毕，试验合格后，开始进行机组回装。回装启动后，机组振动、摆度满足规范要求，先后对发电机进行短路特性试验、空载特性及1.5 Un匝间耐压试验、定相试验、带负荷试验、甩负荷试验均正常。连续满负荷运行时定子铁心最高温度为80 ℃左右，线圈温度为90 ℃左右。利用机组C修机会，对定子铁心检查、试验数次，均未发现异常。通过处理，消除了设备隐患，保证了设备的安全运行。