湖南鎮(zhèn)電站3號4號發(fā)電機轉子改造

陳珊英，劉愛國，朱立平

（東芝水電設備（杭州）有限公司，浙江 杭州，310020）

1 前言

湖南鎮(zhèn)電站是錢塘江支流烏溪江流域兩級開發(fā)的第一級電站。電站以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、航運、供水等功能。電站于1979年開始投入發(fā)電運行，1980年1～4號發(fā)電機組全部建成發(fā)電，總裝機容量為170 MW（4×42.5 MW）。1996年12月，在大壩后擴容增加1臺單機容量為100 MW的機組（5號機）投入運行。2001年12月啟動湖南鎮(zhèn)電站機組減振增容技術改造工作，2010年12月減振增容技術改造完成，新增裝機5萬kW。其中1～4號發(fā)電機組單機容量已由42.5 MW增容改造至50 MW，5號機單機容量由100 MW增容改造至120 MW。

該電站3號、4號機組投入運行36年后，雖然定子經過增容改造，但轉子已接近運行年限。轉子絕緣難免受到電場、高溫、機械應力以及臭氧、濕氣、污穢沉積物等條件的長期影響，為了與定子改造匹配，提高穩(wěn)定性，經過技術復核將轉子陳舊的磁軛和磁極以及相關連接件進行更換改造。

2 數據測量

2臺機組的原轉子是以熱套的轉子支架為基礎，磁軛疊片加掛磁極的典型結構。轉子上、下各安裝若干風扇，在定轉子的上、下各裝有擋風板擋風，形成一個雙向通風的封閉通風結構。根據我公司的轉子結構特點，需要測量原轉子支架的結構數據，以及上下擋風板的原分布位置和高低尺寸以做對比參考設計。雖然2臺機組的轉子是同一個廠家生產制作，且有手工繪制的部分信息不全的圖紙參考，但由于個體以及現場安裝情況的不同，2臺機組的數據存在差異。因此需要配合實測尺寸進行設計制作。

圖1 原轉子結構剖面圖

3 設計工作

3.1 設計方案

湖南鎮(zhèn)電站3號、4號機擴容后的電氣參數如下：

發(fā)電機型號：SF50-24/5200

額定容量： 58.8 MVA

額定功率因數： 0.85（滯后）

額定功率： 50 MW

額定電流： 3234 A

額定轉速： 250 r/min

定子鐵心外徑： 5200 mm

定子槽數： 270槽

我公司克服圖紙信息不全的困難，根據電站現有電氣參數、實測數據，結合THPC的轉子經典結構，重新設計了適合該機組的勵磁方案，重新設計了適合該轉子支架的磁軛和磁極結構。

表1 改造前后轉子相關的參數表

3.2 改造后轉子結構特點

改造后結構主要由磁軛、磁極、上/下風扇、勵磁引線、原轉子中心體、上/下擋風板等8部分組成（如圖2所示）。

圖2 改造后轉子結構圖

轉子中心體為圓盤式整體結構（留用原部件），在其外圓側疊裝磁軛，磁軛片4.5 mm厚。整圓共6張磁軛片，每片有4極，疊片層間依次錯開一個極距進行疊裝，一片一疊、兩片一疊相間，其中磁軛間隔片疊裝，極間連接部位磁軛疊裝特殊磁軛片。全部磁軛片疊裝完畢后，通過插入磁軛拉緊螺桿并緊固使其成為一體。

磁軛與轉子中心體的連接是熱打鍵結構如圖3所示。由于長期運行轉子支架上的鍵槽存在沿軸向的S型變形，各鍵槽需要實測尺寸后擴槽與T型鍵進行單獨配加工。由此決定轉子中心體連軸回工廠修配。

圖3 磁軛鍵結構圖

為了方便安裝制動環(huán)、下風扇、磁極高度調節(jié)螺栓等部件，磁軛下壓板設計成整體環(huán)形厚板，內徑側攻與磁軛拉緊螺桿孔錯開的螺紋孔安裝制動環(huán)，下環(huán)形風扇座利用外徑側的磁軛拉緊螺桿安裝在磁軛下壓板上。最外徑側磁極鴿尾部設置M24的螺紋孔安裝磁極中心調節(jié)螺栓（如圖4所示）。

圖4 磁軛下壓板周圍結構

與原先的結構相比，有如下改善：

1）不吊轉子可拆磁極；

2）制動環(huán)可拆可更換；

3）極間連接由鍍銀螺栓連接代替原錫焊連接；

4）阻尼環(huán)軟連接代替原剛性連接；

5）軸流式風扇替代原斗式離心風扇。

4 現場改造安裝

4.1 安裝前準備

將連軸的轉子中心體吊入安裝場地，放置在轉子安裝間基礎環(huán)板上，測量轉子中心體，調平轉子支架6處立筋，調整到0.1 mm以內，可適當調整基礎與轉子支架間的支撐工具。進行全部裝配前，確認運輸吊裝過程無損傷后，將磁軛鍵的組合鍵放入轉子中心體的楔形鍵槽部，確認沒有卡住。

在磁軛下端板位置均勻配置管式千斤頂，調整高度一致。用磁軛擋板支撐T形鍵，用夾具夾緊磁軛鍵，作為磁軛疊片的定位鍵。

4.2 疊片

將磁軛下端板吊入，調整下端板同心度、水平度及與中心體鍵槽周向相對位置，確保轉子中心體立筋鉤與下端板墊板接觸良好。

按設計圖紙疊片至500 mm左右，按設計標記“#”位置插入導向銷。若導向銷難以穿通磁軛孔，則用沖帽、沖桿、沖頭組合工具經由風動工具振動沖擊以對齊各層磁軛片，直到導向銷可以順利通過為止。疊片每隔300～500 mm左右，用導向銷檢查校正一次磁軛孔。

疊片至750 mm左右，間隔一個磁極位置安裝預緊螺桿進行第一次預壓，然后測量預緊位置處內、外徑側的疊片高度，在適當位置用楔子塞入磁軛調整片以調平內、外側高度。疊片至1066.5 mm高度時，疊一層磁軛間隔片。疊片至1500 mm左右時，再預緊調整一次疊片高度。

疊片至整高，再次用預緊螺桿第三次預壓，調整磁軛內、外徑側的疊片高度；然后再用導向銷校正、對齊磁軛孔。

安裝磁軛拉緊螺桿，先用20%～30%的設計圖中指定力矩預把緊。然后每隔1處取出磁軛鍵，相應用調中心鍵（共3處）調整磁軛的中心，使磁軛和轉子中心體的中心一致。取出調中心鍵，再完全把緊磁軛拉緊螺桿并鎖定。

安裝磁軛加熱管，通電加熱使磁軛膨脹，當磁軛達到所需膨脹量時，放入T型鍵和調整墊片，切斷電源，自然冷卻后，打入周向兩側打入鍵。最后切除突出立筋部分鍵（不得使用火焰切割）。安裝磁軛鍵壓板。

4.3 其余件安裝

安裝制動環(huán)后，掛裝磁極，安裝磁極鍵，安裝線圈連接和勵磁引線，接下來安裝線圈支撐、上/下風扇，上/下擋風板，最后轉子整體涂裝，進行現場試驗。

圖5 磁軛疊片

圖6 第一只磁極掛裝

5 結論

本公司對湖南鎮(zhèn)3號、4號機組轉子改造非常成功。結構貼合保留下的設備，配合良好并無干涉，并且對原有的通風環(huán)境有所改善。無論是耐壓試驗、振擺試驗，還是溫升試驗數據都非常理想，得到了業(yè)主的一致好評。4號、3號分別于2016年2月、2017年2月投入改造后商業(yè)運營，至今運行穩(wěn)定良好。