一起發電機定子鐵芯松動故障分析與處理

周文良

(中國華電集團有限公司望亭發電廠，江蘇 蘇州 215155)

0 引言

某電廠1號機組發電機為通用電氣公司生產的390H-V942型全氫冷發電機。2017年3月，在發電機抽轉子檢修時發現定子鐵芯松動，部分通風槽鋼斷裂，鐵芯被擊傷。經統計，該機組從上次大修后至2017-02-26中班停機檢修，累計運行2 949 h，啟動次數136次。

1 狀態評估和修理方案選擇

1.1 發電機定子狀態評估

經檢查，發電機定子鐵芯通風槽鋼有6根飛出，7根斷裂。發電機定子膛內有多處鐵芯被斷裂飛出的通風槽鋼擊傷，如圖1所示。

發電機定子線圈未發現擊傷，定子直流電阻、絕緣電阻、交直流耐壓試驗按DL/T 596—1996《電力設備預防性試驗規程》均合格。

1.2 修理方案

要解決鐵芯松動問題，必須將線圈全部拆除、重新更換損壞部件并重新疊壓，其關鍵處理工藝在于疊壓。針對這個問題，有3種處理方案：

(1) 定子返廠修理；

(2) 定子整體更換；

(3) 定子現場處理。

前2種方案處理比較徹底，可以在制造廠內進行。發電機定子鐵芯都是豎直疊壓的，但受到電廠現有汽機房行車起重能力和起吊高度限制，現場不具備定子起吊條件，國內也沒有定制、使用專用豎式起重機械的經驗。經綜合考慮，決定采取用1 000 t臥式油壓機在現場疊裝修復的方案。

圖1 發電機定子膛內情況

在整個施工過程中，一共進行了3次鐵芯疊壓(松開定位筋螺母后、疊片后冷壓和加熱后熱壓)、3次鐵損試驗(鐵芯修復前、鐵芯修復后和打槽楔后)、4次加熱固化(鐵芯冷態壓緊后、下層線圈安裝后、上層線圈安裝后和最后完工后)、4次定子線圈耐壓試驗(第1次是對已拆出的定子線圈逐根耐壓試驗，以決定留用數量和更換數量；第2次是定子復裝下層線圈就位后耐壓試驗；第3次是上層線圈下完線后，定子進行上、下層線圈整體耐壓試驗；第4次是所有定子安裝工序完工后，進行三相分相交流耐壓試驗，并在1.05UN下觀察整機電暈情況）。

2 解體檢查

2017-04-01至2017-05-19，對1號發電機鐵芯進行解體檢查，拆除汽側、勵側兩端壓圈、壓指和階梯段鐵芯。鐵芯解體發現的情況如圖2，3所示。

圖2 壓圈上定位筋橫斷面壓痕

圖3 汽側壓圈

2.1 解體過程中發現的鐵芯問題

(1) 在汽側壓圈18個螺孔中，從勵側方向觀察，共有7個螺孔有壓痕(見圖3a灰色圓圈部分)，壓痕深1—2 mm不等，壓痕形狀與定位筋橫斷面形狀吻合。經分析，認定該部分壓圈在制造廠壓制時壓到了定位筋。

(2) 將汽側、勵側兩端沖片拆出后，發現中間軛部有通風槽鋼壓痕(見圖4)，齒部及背部無壓痕。

圖4 沖片壓痕

2.2 原因分析

390H發電機的鐵芯由154個本體鐵芯段(約202 356個鐵芯沖片和2 790個通風槽鋼)和汽、勵兩端每側6個階梯鐵芯段(約8 352個鐵芯沖片和90個通風槽鋼)疊裝而成。制造時，鐵芯疊壓是垂直進行的；疊裝時，需要對鐵芯片進行周期性壓緊操作。鐵芯的壓緊力是通過汽、勵兩端壓圈和18根定位筋來維持的。

對解體過程中發現的問題進行如下分析。

(1) 安裝壓圈上有壓痕的6根定位筋偏向了汽側，使定位筋橫斷面高于其他12個定位筋橫斷面；同時，沖片疊的長度不夠使壓圈直接壓在定位筋鴿尾上，實際上并沒通過壓指壓緊鐵芯，造成整個鐵芯未能按設計要求壓緊，這是引起鐵芯松動的根本原因。汽端端部階梯型硅鋼片(即項號片)松動，硅鋼片磨損產生鐵粉，遇油成泥狀，硅鋼片失去緊力后振動加劇，導致通風槽鋼疲勞開裂，甚至飛出。

(2) 沖片是由一定寬度的硅鋼板卷材沖制而成的，矽鋼板在扎制過程中就存在中間厚、兩邊薄的問題，沖片沖制的方向正好與其一致，從而使沖片軛部厚和齒部、背部薄。如果在疊裝時不采取措施，就可能出現鐵芯齒部和軛部松的情況。

3 采取措施及處理過程

3.1 鐵芯擊傷和松動的處理措施

鐵芯擊傷后，可通過鐵損試驗確診位置，再采取酸洗、插片、涂膠、固化處理，消除短路點。

鐵芯松動后，可采取以下2項措施，解決汽端壓圈沒有壓緊鐵芯及鐵芯齒部、背部松的問題。

（1）加長鐵芯。與原尺寸相比，修復后的鐵芯長度平均加長14 mm，其中：勵端平均加長4 mm，汽端平均加長10 mm，具體數據如表1所示。

表1 鐵芯修復前后的長度 mm

(2) 補償墊片。在階梯段汽、勵端各加3層背部墊片(厚度共約1 mm)作為鐵芯背部補償沖片；汽端加1層齒部楔形墊片，作為鐵芯齒部補償墊片。

3.2 鐵芯的主要修復過程

取出全部線棒后，做第1次鐵損試驗。勵磁線圈9匝接6 kV電源，電流275 A，磁通1.4T，試驗時間60 min。通過紅外熱成像儀發現鐵芯有6處過熱點，均位于通風槽鋼擊傷部位，做好標記，等待處理。

用臥式油壓機加壓910 t，在保壓情況下將發電機兩端定位筋螺母松開。去掉加壓裝置后，用特殊工裝吊出汽、勵兩端大壓圈。更換汽、勵兩端階梯鐵芯(即項號片)；更換汽、勵兩端第1段主鐵芯；按工藝規程修理上述6處發熱點。回裝大壓圈及加壓裝置(見圖5)，先在室溫下加壓至910 t，保壓把緊定位筋螺母，然后將鐵芯加熱至130—140 ℃，熱態下再次加壓至910 t，把緊定位筋螺母并鎖死。加熱目的是使新換鐵芯沖片漆膜收縮，使項號片固化后貼接。

拆出臥式加壓工裝后，做第2次鐵芯磁化試驗。經處理后，原6處熱點已經全部合格達標。打完定子槽楔后，做第3次鐵損試驗，修復后的鐵芯質量為優良。

圖5 發電機鐵芯臥式疊壓

4 運行效果檢查及評估

2017-07-12，該發電機重新投入運行；2018-05-07，該發電機停機抽轉子。經該電廠和修理方聯合檢查，得出以下結論：

(1) 經過近10個月的運行，定子鐵芯直線段未發現松動，原過熱點已消除，溫升正常，未發現新的過熱點；

(2) 受現場施工工藝條件及工期緊張限制，修復后的定子繞組漸伸線局部綁緊帶和墊塊有松動跡象。待記錄位置后，再對其重新加固處理。

總體而言，此次定子鐵芯松動修理是成功的。

5 結束語

定子鐵芯故障是發電機的典型故障之一，常見的定子鐵芯故障有端部鐵芯松動、端部鐵芯斷齒、端部鐵芯通風槽鋼斷裂、鐵芯運行時噪聲大、穿心螺桿松、鐵芯定位筋螺母松動、鐵芯硅鋼片短路熔化等。若鐵芯松動或短路太嚴重，現場將難以將其修理；對大型發電機而言，定子運輸、定子安裝的成本很高，也很困難。而大部分鐵芯故障與制造工藝有關，在新機制造工藝中，定子鐵芯質量是關鍵，現場重新收緊鐵芯難度較大，應在監造過程加強技術監督。新機運行1年后的首次大修應對鐵芯進行重點檢查。

提出定子鐵芯擊傷和松動后的處理措施，可有效解決鐵芯短路及汽端壓圈沒有壓緊鐵芯、鐵芯齒部和背部松動等問題，為一線人員解決類似問題提供了參考。此外，現場修復進口原裝大型燃氣輪機發電機的定子鐵芯技術難度很大，在國內外均為罕見，此次處理經驗可供同類發電機借鑒。