華能陰坪電站發電機定子鐵芯處理和試驗

劉德翼

(四川華能涪江水電有限責任公司,四川成都 610041)

1 概 述

陰坪水電站位于四川省綿陽市平武縣西北部涪江上游左岸最大的一級支流——火溪河上,為火溪河梯級開發“一庫四級”方案中的最下游一級引水式電站,總裝機容量 2×50 MW。

陰坪電站的水輪發電機組由通用電氣亞洲水電設備有限公司(GEHA)承擔設計、制造及定子現場合縫下線。定子采用分兩瓣結構。分瓣定子由賣方在工廠內完成疊片、下線。分瓣定子的現場組圓、下合縫線、匯流排、引出線安裝及定子的試驗工作由賣方完成。

1.1 水輪發電機組的技術參數

陰坪水電站主要技術參數:

型號 SF-J50-14/4680

額定容量/最大容量 58.82 MVA/64.71 MVA

額定電壓 10 500 V

額定電流 3 234 A

空載勵磁電流(If0) 792 A

空載勵磁電壓(Uf0)(25℃) 47.7 V

額定勵磁電流(IfN) 1 345.0 A

額定勵磁電壓(UfN)(100℃) 104.3 V

額定功率因數 0.85(滯后)

額定頻率 50 Hz

相數 3

極數 14

絕緣等級 F/F

定子繞組接法 2Y

1.2 定子鐵芯的技術要求

陰坪電站定子鐵芯應采用低損耗、無時效、高導磁系數、機械性能優良的優質冷軋薄硅鋼片疊裝成整圓。當 B為 1 T(特斯拉)時,單位損耗典型值不大于 1.1 W/kg。沖片經嚴格去毛剌,并用F級絕緣漆涂于沖片的兩面以減少渦流損失。定子鐵芯疊片之間所有連接均為搭接,采用分層壓緊法以形成一個整體。疊片由足夠的拉緊螺桿拉緊并固定在定子機座上,拉緊螺桿采用高強度鋼。定子端箍和壓指均采用非磁性材料。鐵芯疊片的上、下端部鐵芯段采用 F級環氧硅鋼片粘結膠粘接。

2 電站建設中出現的事故

2009年 1月 21日,GEHA完成了陰坪電站 1#機組分辮組圓和合縫,監理工程師測量 +X方向合縫處的徑向錯牙值為0.42 mm,大于了《水輪發電機組安裝技術規范》GB8564-2003中關于定子合縫處的徑向錯牙不應大于 0.3 mm的規定值。根據合同條款約定,監理工程師下達了停工處理的通知。

2009年1月 22日,GEHA現場技術人員完成了 1#機組 +X方向定子合縫面錯牙處理。隨后GEHA駐場代表進行了現場檢查,發現處理后的合縫處原鐵芯矽鋼片表面絕緣漆脫落,并且表面錚亮光滑。經業主代表、監理工程師再次進一步的檢查,確認合縫處鐵芯矽鋼片已經粘連(圖 1)。

3 事故分析及處理

圖 1 受損鐵芯情況圖

對于所發生的事故,引起了業主單位的高度重視,遂召集 GEHA技術人員、監理工程師和業主技術人員進行了事故分析。

通過對現場進行多次查看,用無水酒精清洗合縫槽第一、二段的槽底后,在發現 +X方向合縫處的第一段的 1、10～13、16～18、23～40、46～57、60～67片鐵芯及第二段的 1～6片鐵芯沖片上,槽底的表面上有粘連,槽片的合縫面、槽底的尖角處也有粘連。其原因是 GEHA現場人員對錯牙的處理方案不當造成的。GEHA現場人員在處理槽底錯牙時,采用榔頭和鐵塊直接敲打了錯牙,導致合縫處的矽鋼片表面的絕緣漆脫落和表面的粘連,造成鐵芯的變形和短路,因此,必須進行處理。為了盡量減小對工期的影響,按照以下方案在現場進行處理。

(1)割開定子機座的搭接板和端箍,松開定子機座的合縫螺栓,解開所有與定子連接的零部件,吊出需要處理的定子機座。用無水酒精清洗需處理的定子鐵芯表面的膠,用肉眼仔細檢查定子鐵芯合縫槽槽底平面,確定需處理的表面,記錄需處理的沖片層編號。

(2)用工具沿定子沖片方向清理定子鐵芯合縫槽受損處,重新用肉眼仔細檢查槽底平面,確定仍需處理的表面,記錄需處理的沖片層編號,用鋒利的刀具清理在需要處理的沖片上的毛刺,讓清理之后的鐵芯沖片層次分明,表面光潔,沒有毛刺。在必要的時候,松開合縫處定子鐵芯壓板進行處理。在處理過程中必須十分小心,避免刀具插入定子鐵芯過深。

(3)采用吸塵器清潔定子鐵芯,然后清洗定子鐵芯表面。在處理后的定子鐵芯表面涂刷絕緣漆(J1040或 F級絕緣漆),使絕緣漆充分透入鐵芯的沖片層間。用電吹風烘烤涂刷的絕緣漆,使絕緣漆干燥。

(4)按正常的合縫程序組圓定子,并徹底清理定子,機座周圍不應有額外的金屬。

(5)對定子鐵芯進行鐵耗試驗。除按正常的試驗要求埋置測溫元件之外,還需在定子鐵芯兩合縫槽內上下兩端的第 1和第 2鐵芯段內埋置 8個測溫元件。

4 鐵芯試驗

對經過處理后的鐵芯通過肉眼觀察,沖片層次分明,表面光潔,沒有毛刺。但是,為了保證處理工藝滿足技術要求,確定鐵芯不存在局部松弛及短路,經過處理后的鐵芯的絕緣情況和實際損耗應滿足規范要求,并按照規范進行鐵芯損耗試驗,將試驗數據與制造廠出廠數據進行比較。

4.1 試驗方法和步驟

(1)鐵芯上的線圈應可靠接地。

(2)在定子鐵芯上繞上勵磁線圈和測量線圈,其圈數根據電源和測量設備的允許電壓決定。測量線圈和勵磁線圈在鐵芯上互成 90°分布;

(3)測量鐵芯的初始溫度和室內溫度;

(4)檢查接線,確認其正確后投入電源;

圖 2 試驗接線原理圖

(5)采用 200 kVA調壓器逐步升壓,確認電壓、電流、功率及頻率滿足初步計算值,使鐵芯磁度達到 10 000高斯左右持續 15 min,待溫升沒有發生突變后進行正式試驗;

(6)試驗時間為 90 min。按 30 min的間隔時間記錄數據,并隨時監測鐵芯各部位的溫度,直至試驗結束。試驗接線原理圖見圖 2。

4.2 試驗結果

根據以上試驗數據,在與出廠時的試驗報告進行對比后得知,處理效果滿足 GEHA的質量要求和相關規范要求,同意轉入下線工序。

5 結 語

雖然陰坪電站 1#機組的定子鐵芯經過處理,滿足了質量要求,但是,出現這樣的事故卻不得不引起我們的深思。

制造廠應該嚴把出廠質量關。作為制造廠家,在其產品生產過程中,應該嚴格按照合同和規范要求進行生產,盡可能地少將設備缺陷遺留到現場處理。否則,由于工地現場的條件限制,將增加處理相關缺陷的難度。同時,當在現場發現缺陷時,應該對缺陷進行分析,制定完善的處理方案,避免缺陷處理不完善或者是擴大缺陷,甚至由缺陷演變為事故。