萬家寨水電站發電機定子改造組裝

王偉博，欒少帥

（黃河萬家寨水利樞紐有限公司，山西 偏關036412）

1 引言

萬家寨水電站位于山西省和內蒙古自治區交界的黃河干流上，電站裝機6×180MW，設計年發電量27.5億kW·h，截至2014年，萬家寨6臺機組已經運行超過15年，在運行中發現轉子溫升偏高和定子鐵心沖片向內竄出割破定子線棒絕緣兩大問題，直接威脅著電站的安全穩定運行。針對問題，2014年制造廠家對發電機進行了設計改造，2018年4月全部機組完成改裝。

2 發電機定子結構特點

根據原機組運行中出現的問題，本次改造將發電機定子鐵心外徑由原機的Φ12800mm調整為Φ12900mm，增加定子鐵心軛部尺寸以便采用穿心螺桿壓緊結構，內徑φ12130mm，長1850mm，540槽。定子鐵心沖片采用0.5mm厚的優質硅鋼片50W250。在定子鐵心端部的第1段沖片的軛部增加絕緣銷以增強對端部定子扇形片的限位作用。定子繞組的線規、定子鐵心槽形尺寸均較原機組有所改變，使得調整后的定子繞組電流密度、熱負荷較原機組有所下降，以改善定子繞組和鐵心溫升。除上述改變外，改造后發電機的其他主要參數均同原機組一致。

定子機座采用大齒壓板（下環）結構，分6瓣，各層環板通過鋼管、盒型筋及立筋焊接組成，每瓣外形尺寸：7325mm×1916.67mm×3195mm、重量19t，在電站組裝焊接，利用小合縫板和定位銷釘，保證各部尺寸準確。因本次改造定子鐵心外徑放大了，為保證定子機座的剛度，機座外徑放大50mm（由原來Φ14600mm變為Φ14650mm）。

3 定子機座組合和測圓架安裝

定子組裝工作在廠房主安裝間進行。改造前，先將定子機座的工地焊接坡口面及附近至少50mm范圍內的銹蝕、油污、焊渣等雜物進行清理干凈，并打磨出金屬光澤。

組裝時，先將定子機座的坐標基準線、輪廓線在主安裝間定子檢修工位上劃出，確定中心柱位置后安裝中心柱，并保證安裝誤差半徑不大于3mm，調整其垂直度不大于0.05mm/m。將放有楔子板的支撐支墩放置到位，調整各對楔子板頂面高程偏差不大于2mm；按標記將分瓣定子機座吊裝到布置好的楔子板上，調整機座下環表面平面度不大于4mm。然后分次把合各合縫螺栓逐漸調整定子機座，直至所有尺寸滿足各半徑公差要求后擰緊合縫螺栓。在每條合縫處裝焊2塊工藝加固板，下環裝焊4塊工藝加固筋，每道合縫處用3個楔鐵塞緊。初步調整結束后，重新調整中心柱。測量中心柱在定子機座鐵心段高度范圍內均勻分布的3點外徑，取其平均值作為中心柱的實際直徑尺寸。

4 定子機座焊接

焊接前，各合縫兩側各放置1個加熱器進行預熱。在定子機座下環板每瓣端部和中點的水平和徑向各放置1塊百分表測量焊接前各半徑尺寸。

對除底層、表層焊縫外的其余各層焊縫逐層進行錘擊以減少焊縫的殘余應力。由4名焊工圓周均布同時、同向、同速、同規范鑲邊多道多層對稱焊接。先焊接上、中環，每焊1/3坡口深，全面測量1次，根據結果調整順序。再焊接下環焊縫，將大坡口面焊至1/3，在背面清根、打磨、PT探傷合格后，將背面坡口焊至1/2，然后焊接大坡口面的焊縫，如此循環直至焊縫全部焊接結束。最后依照上、中環焊接方法焊接頂環。焊完后打磨焊縫表面，24h后進行UT探傷。合格后清除合縫處所有的加固筋及臨時支撐，并補焊磨平后做PT探傷檢查。

5 定位筋安裝

定位筋是固定、定位定子鐵心沖片的主立筋，疊片前通過將定位筋與托塊間縫隙塞緊的方式固定定位筋，新定子共135根定位筋。

5.1 基準定位筋安裝

選+Y處定位筋位置作為基準（1號）定位筋。將基準定位筋裝入調筋工具中，通過調筋工具來調整其內徑，測量調整定位筋徑向、切向傾斜＜0.05mm/m，徑向扭斜＜0.10mm。定位筋位置確定合格后，用楔鐵將1號定位筋的全部托塊間間隙塞緊后搭焊在機座上。

5.2 安裝 9 等分定位筋

先將定位筋大跨距9等分，各等分誤差＜0.30mm，同一跨距內各處允差＜0.15mm。測量比較其他8根定位筋與1號定位筋搭焊內徑，遵循“先半徑，后弦距”的原則對定位筋逐步調整，直至半徑和弦距都符合要求。全部調整合格后，將定位筋托塊搭焊牢固。

5.3 安裝大等分區間內定位筋

再次平分第1跨距內（1～15號）定位筋，遵循“先半徑，后弦距”循環往復的方式安裝7號鴿尾筋，再安裝其余定位筋。重復第1跨距內定位筋的安裝方式，安裝其他剩余定位筋。全部定位筋安裝完畢后，復測半徑和弦距，滿足各處偏差要求。

5.4 托塊滿焊

為減少焊接應力的影響，托塊焊接先徑向后周向，徑向焊縫由內向外焊接并逐層進行，周向焊縫順時針焊接，徑向焊縫起點離機座內徑5～10mm。托塊與機座各環板先焊中間各環板托塊焊縫，再焊兩端各環板托塊焊縫。所有托塊焊縫遵循以下要求：

根據機座內圓大小及定位筋數量，圓周均布分配4名焊工沿順時針方向施焊；在托塊徑向第1層焊縫滿焊前，各定位筋利用楔鐵、定位筋弦距雙頭頂柱固定牢固，并檢查調整各項尺寸滿足要求后將第1層焊縫滿焊；托塊徑向第1層焊縫冷卻后，按焊接順序將定位筋弦距雙頭頂柱拆下后裝于后續各環板處，檢查調整定位筋各項尺寸到位后再將該環徑向第1層焊縫滿焊；第1層滿焊完畢后，利用楔鐵和雙頭頂柱調整超差測點，滿足要求后再滿焊第2層徑向焊縫。

5.5 機座大齒壓板上穿心螺桿孔加工

按圖紙在機座大齒壓板上疊放下齒壓片和10層定子沖片并整形合格，檢查調整沖片內徑；通過沖片上穿心螺桿孔畫出孔洋沖眼加工線，拆出后加工所有螺桿孔，并修整尖角、毛刺。

5.6 裝焊下齒壓片

將下齒壓片準確擺放在機座上并調整平面度，以定位筋為基準，將下齒壓片搭焊在機座大齒壓板上，調整下齒壓片整圓波浪度≤2mm，相鄰齒壓片高度差≤0.5mm，齒壓片與齒中心偏差≤1mm，用定子扇形片檢查合格后再滿焊，焊完后徹底清理并噴漆。

6 定子鐵心疊片

鐵心整圓由45片組成，共50段，每段之間有通風槽片，采用3等分疊壓方式。

6.1 鐵心檢查及測量計算

疊裝前，抽測5堆沖片的內外邊4點高度，根據測量平均值，確定每段鐵心補償片層數和補償位置。兩層同樣沖片間最多安裝1層補償片，齒部徑向補償片必須打毛后用環氧膠粘牢。

6.2 鐵心疊裝

疊裝定子沖片前，在壓指與第一層端部沖片之間均勻涂1層二硫化鉬潤滑劑，以減小摩擦力。每層定子端片之間用硅鋼片膠粘接成整體，并安裝絕緣銷。每段疊完后進行下列工作：

在定位筋根部放置墊塊，用銅錘打墊塊，靠緊沖片，并用整形棒整形；測量鐵心內徑滿足測量調整單段鐵心長度為b±0.5mm；在疊片到下一環板前，及時取出當前環定位筋和托塊間斜楔；記錄每段定子沖片、補償片疊入層數及位置，作為后續疊片依據。

6.3 鐵心分段預壓

鐵心疊片500mm、1000mm、1500mm左右高度時各預壓1次，拉伸器泵組布置及松開順序為6個對稱分布并順時針進行；每次壓緊鐵心時將鐵心槽樣棒調至槽底，壓完后再重新調整至疊片位置；預壓前，利用鉤形扳手順時針循環將所有預壓螺母把緊；為防止端部沖片滑移和產生波浪度，全部螺母把緊逐圈進行，預壓螺母每次旋轉擰緊不得超過2圈。逐步提升油泵油壓，分步拉伸直至全部螺母把緊，使預壓螺桿達到預緊力；用拉伸器泵組逐圈多次循環逐步拉伸松開全部預壓螺母。

6.4 鐵心最終壓緊

鐵心疊片全部完成后，按圖紙安裝各部零件；調整穿心螺桿絕緣電阻≥15MΩ；利用整形棒和通槽棒將鐵心槽逐槽檢查整形使能順利通過；鐵心最終壓緊按分段預壓方法順序進行；每次拉伸器泵組全部拉伸把緊1圈后，調整上齒壓板頂絲使其保持水平，再進行下一次拉伸把緊和相應調整上齒壓板水平。全部拉伸把緊穿心螺桿達到伸長值后，調整上齒壓板水平，再一次把緊鐵心，最后均布抽測10%穿心螺桿伸長值符合圖紙要求；壓緊完成后拔出全部槽樣棒、槽楔槽樣棒。

定子疊裝全部工作完成后，徹底清理定子鐵心。檢查鐵心波浪度≤8mm，因熱壓后鐵心長度將縮短，鐵心長度盡量向正公差靠近。用緊量刀片檢查沖片齒部緊量，單手用力推入深度＜3mm。圓周均布抽測10%穿心螺桿伸長值，伸長值為 2.55～2.9mm。

7 結語

萬家寨電站6臺發電機定子進行整體更換改造后，解決了發電機在運行過程中定子鐵心端片向內竄出割破定子線棒絕緣問題和溫升過高問題，使機組平穩經濟運行。本次萬家寨電站定子鐵心現場組裝，按照機座組圓對稱往復焊接和鐵心預壓采用液壓逐圈整體壓緊的既定方案，保證了機座、鐵心受力均勻和尺寸的精度把控。萬家寨電站定子改造的順利完成，為后續機組改造及其他電廠類似機組的施工積累了一定的經驗。