刍议水轮机组定子铁芯松动故障及处理刘东

刍议水轮机组定子铁芯松动故障及处理刘东

刘东

中国水利水电第七工程局有限公司机电安装分局四川彭山620800

摘要：本文主要分析了水轮机组运行在某一负荷区域时，定子铁芯会不由自主地出现片间绝缘层干缩、压紧度变松的现象,得出定子铁芯松动、合缝不严、铁芯薄片波浪度较大的诊断结果，这就是造成上述水轮机组故障的原因。接下来采取了压指松脱处理、处理铁芯局部松动等措施,恢复了水轮机组的正常运行，解决了定子接地的故障。又通过实例分析机组出现定子铁芯松动的原因，采取了针对性的办法。

关键词：水轮机组；定子铁芯；松动故障；处理

1.引言

水轮机组是将水的势能转化为电能的原动机，由于工作环境的限制，水轮机长期浸泡在水中，一直不停歇地运转，一些因素共同作用于发电机定子，比如暗流、电磁、热能，化学等，给铁芯硅钢片的质量带来很大的影响，造成松动或短路。铁芯硅钢片的短路会带来铁损的增加，一般情况下损耗地越多，越容易引起松动。紧接着短路带来的局部过热造成加速定子绕组及硅钢片的老化，若不及时修理会击穿定子绕组甚至烧损铁芯。运转时，铁芯的松动会增大机组的振动，内部结构产生更多的共鸣，破坏更多组件，严重影响机组的运行。

铁芯松动包含铁芯局部松动、铁芯压指松脱等。严重时会导致切断绕组绝缘，扇形片位移，造成不可挽救的事故，分析研究定子铁芯松动的原因，处理发生的故障能促进水轮机组的安全运行。

2.定子铁芯松动原因探究

2.1设计原因

若发电机转速与定子槽数不匹配，短距系数小于最佳值0.8333，就不能有效减少出现的多次谐波，严重导致定子绕组铁芯端部和相邻两齿漏磁。发电机槽宽尺寸较大，定子槽数偏少，气隙与槽宽的比值偏大会造成较大的气隙磁场齿谐波分量，从而作用到定子线圈和铁芯，铁芯的高频振荡影响线圈及周围组件的运行，造成发热和电磁噪声。若铁芯齿压条的刚度较小，也会引起铁芯松动。机组运行时，温度过高时会拉紧螺杆，造成热膨胀的问题。硅钢片漆有一定的收缩性，容易引起定子铁芯松动。铁芯通风槽的钢结构设计不合理，会影响通风流畅。铁芯齿压板水平度不符合标准，造成方向倾斜。

2.2制造原因

铁芯两端齿压板顶丝没上紧或齿压板变形使铁芯松动；过于太薄的硅钢片漆膜；铁芯的通风槽或压指钢材质不合格，产生脱落、变形、焊缝开焊引起铁芯松动；铁芯拉紧螺栓的力度不足，在运行中由于强大的磁力很容易使铁芯连接螺栓过紧造成伸长变形，使齿压板上面出现较大的空隙，松动了顶丝，最后引起铁芯松动。

2.3组装原因

定位肋板之间的弦距严重不一致，具有较大的偏差；小齿压板之间高程差距较大；没有压实铁芯叠片，导致存在严重的波浪度，冲片层间有些局部区域存在间隙。定子铁芯波浪度过大也是一个主要的原因，局部接触压指只能用于弯曲程度较大的铁芯两端，这就造成中间部分压紧力太小使得接触面积不够，铁芯没有被牢牢固定住。水轮机长时间运行时，铁芯松弛情况较严重，加大了两端的收缩，引起铁芯局部振动松动，加大铁芯硅钢片与铁芯压指之间的磨擦，导致硅钢片越来越薄，出现断裂。

2.4运行原因

调峰、调频要求频繁停机开机，致使铁芯频繁冷缩和热胀；水轮机组有时运转功率较大，使定子铁芯局部温度过高，发热引发其他问题。机组在运行过程中，各部分转动轴线可能差距较大，如果不在一条直线上，各部分的转动会产生相互之间影响，导致力矩不平衡，最终由于机械受力不均匀而产生振动。定子与各部分之间密切连接，一旦这种机械振动传至定子，就会造成定子铁芯振动。水轮机并网运行后，会产生电磁力，这是因为定子线圈有电流流过造成的，由于整个机组三相运行对称不完全，负序分量将产生的电磁力也将不平衡，造成电磁振动。电磁振动将影响定子运转，造成铁芯振动。

3.铁芯松动处理措施

以上所讨论的定子铁芯松动产生的原因，接下来研究铁芯出现故障后，应从实际出发，采取针对性的措施处理问题，以下为几种处理方式：

3.1铁芯局部松动

3.1.1铁芯两端松动

当铁芯两端出现松动时，要将钢板打压成楔条，插入铁芯与压指之间，动作要小心谨慎，避免划伤内部结构，最后再用电焊焊牢。

3.1.2铁芯齿部局部松动

当铁芯齿部出现局部松动时，先用汽油清理干净铁芯松动部分的锈迹和油污，然后用压缩空气、磁铁等清除异物，再用洁净的毛巾将松动部分擦试干净。选择尖锐的刀具或铁片将冲片撬开，再涂一层防锈漆，待晾干后塞进云母片或钢纸，然后涂一层特定的环氧树脂漆，其作用就是使松动部位粘连结实。

3.1.3铁芯中间部位松动

一般情况下水轮机组的结构为螺栓拉紧式的铁芯，当铁芯中间部出现位松动时，均匀紧固紧螺栓的螺母，就能修复铁芯中间部位的松动。

3.2铁芯整体松动

铁芯整体出现松动时，均匀紧固拉紧螺栓的螺母，装压时按规定压力就能压紧铁芯。要特别注意的是在压紧铁芯时，波浪度的选择上要合理，波浪度控制在±10mm以下最好。如果超过此标准，需要按照生产厂家的参考数据重新叠装。

3.3压指松脱处理

当出现铁芯压指松脱时，最主要的措施就是把压指返回安装位置，点焊压指及周围，防止进一步松脱。为固定加强压指，用电钻把压板正对压指处钻一个小孔，一般压指的厚度约为压指孔深的4倍左右，把销钉打在小孔上，然后进行点焊。

4.实例的故障处理流程

4.1概况

某水电厂2号水轮发电机组是在1986年12月份安装投入运行，水轮机型号为ZZ010－LJ－600，发电机型号：TS990/130-60，额定容量为50MW，由哈尔滨电机厂出品。

2013年12月25日凌晨，2号水轮发电机组发出安全保护报警，出现定子接地故障。停机检查后发现，102、103号线棒下部槽口之间出现了微弱放电的现象，定子铁芯叠片下部的第一片硅钢片出现了异动的现象，向外延伸了10mm。经分析初步认为是定子铁芯长期振动造成的压紧度变松、绝缘层干缩、齿部大幅振动，最终引起铁芯松动，使得铁芯齿根部不能流畅运转而断裂，在电磁拉力作用下，慢慢向外延伸，破坏了定子绝缘，导致定子接地。

4.2故障分析

由于两组线棒下部槽口之间出现了放电现象,导致定子接地，给水电厂带来一定的损失，根据出现的状况有以下分析:

(1)机组发出安全警报，定子铁芯下面的硅钢片出现异动，说明某一方向的铁芯存在松动或定子铁芯合缝不严，产生较强的机械振动。启动机组后,将励磁投入里面进行空载运行，振动由交变磁场的作用引起。这种振动的切向和径向的分量较大，轴向分量却极小,导致其振幅随时间增大,机组带负荷数量过多,造成铁芯温度也随着上升,当铁芯温度到达一定值时,系统趋于平稳，振幅急速下降,急停之中容易使得铁芯齿根部断裂。

(2)铁芯叠片在安装时数量不足，加上铁芯叠片压紧度不均匀且较小,导致发电机在运行几年后出现铁芯松动的情况。一般情况下标准的铁芯高度值为（980±3）mm,出现故障的线棒附近的铁芯高度最小为973.2mm,最大为984mm，可以看出铁芯高度比标准值相差较大。也就是说，之所以铁芯压紧度不够，是因为可能是在尽量减小铁芯实际高度与标准值的偏差。加上为了保证铁芯的波浪度，使得铁芯叠片也不均匀,。

(3)Q235A碳素结构钢为以前的定子铁芯拉紧螺栓材质,但其弊端就是力学性能较差,很容易在较大的机械力或者磁力作用下造成拉紧螺栓伸长变形,造成铁芯松动。在外力作用下，铁芯齿根部逐渐向外移动，破坏了定子绝缘，造成个别压指松脱，导致定子接地。

4.3处理措施

（1）拆解102、102槽附近线棒。（2）将线棒磨损部位和铁心磨损处硅钢片间绝缘过热碳化物清理干净。（3）清理干净机组运行时由于振动磨掉的硅钢片粉末,用无水乙醇将擦洗干净定子铁心片，并且放置晾干。（4）铲除102、103槽定子铁芯压指上已磨坏的不锈钢楔块,大致修平铁心压指上凹凸不平的上表面及焊瘤。（5）在铁芯松动部位的硅钢片上涂刷绝缘清漆,使用制作的工具顶紧硅钢片，恢复铁心整体机械强度和铁芯下部硅钢片间的绝缘。（6）使用环氧树脂调和腻子（硅石粉，金属杂质较少）填充定子冲片电腐蚀深坑。（7）配制环氧玻璃布板楔子，以照铁芯磨损情况进行。（8）制作无磁钢楔子打入压指的间隙与环氧楔子板。无磁钢楔子与铁芯压指点焊牢固，保证铁心整体机械强度。（9）修理磨损的定子铁芯，可以按照槽内绝缘补强的工艺进行恢复。

5.结束语

一般来说，水轮机组定子铁芯松动故障的原因有很多，包括运行、设计、制造和安装都有可能造成定子铁芯松动，因此需要严格把控每一个重要的环节，有效避免铁芯发生故障。分析研究水轮机组定子铁芯的故障原因，找出合理的解决措施，对提高我国水轮机组的生产和修理水平，促进水利水电的发展有重要意义。

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作者简介：刘东，（1989.11.01），男，助理工程师，本科，从事水轮发电机安装。