某抽水蓄能電站3號機組磁極墊條處理過程問題解析及處理

胡 棟，胡 偉，王 宇，杜建偉

（國網新源控股有限公司檢修分公司杭州分部，浙江省杭州市 310052）

0 引言

某抽水蓄能電站對于當地電網調峰調頻、事故備用起到了關鍵性作用[5]，由于運行時間較長、部件老化等因素[1]，導致用于脹緊磁極的墊條在運行過程中逐漸松動凸起，存在較大的安全隱患。

依據電網調度的重要性，要求發電機組能夠安全、穩定及有效運行，因而對發電機組的健康狀態提出了很高的要求，務必及時消除機組轉子磁極墊條凸起的安全隱患。

1 磁極及絕緣支撐塊概述

1.1 組成部分及工作原理

該抽水蓄能電站3號機組轉子磁極屬于凸極式，24個磁極通過“T”尾掛接于轉子磁軛上，“T”尾槽內通過墊條將磁極脹緊，如果出現墊條向上凸起現象［見圖1（a）］，則說明轉子在運行過程中磁極松動，存在較大安全隱患。相鄰磁極間中部裝配撐塊，主要裝配部件有磁極、墊條、阻尼環、撐塊等[4]。

如圖1所示，為磁極及撐塊裝配的俯視圖，磁極“T”尾掛接于轉子磁軛“T”尾槽內，“T”尾端部與“T”尾槽間通過墊條脹緊，可以有效防止機組在運行過程中磁極徑向松動。相鄰磁極間垂直方向中間部位裝配撐塊，撐塊與兩邊磁極線圈緊密配合。

圖1 磁極墊條凸起、磁極及撐塊裝配俯視圖Figure 1 Top view of magnetic pole and support block assembly

如圖2所示，為撐塊裝配的側視圖，主要由玻璃纖維絕緣撐塊本體、剛性固定塊、拉緊螺桿、緊固螺桿等組成。依據照設計原理，該撐塊應該在轉子吊裝前進行裝配，即轉子在安裝間時進行撐塊的裝配工作。

圖2 撐塊裝配的側視圖Figure 2 Side view of support block assembly

1.2 磁極間絕緣支撐塊的作用

對于普遍抽水蓄能機組而言，轉子磁極間不設置絕緣支撐塊，但該抽水蓄能電站機組轉子磁極掛接后脹緊結構較為特殊，在設計之初考慮在相鄰磁極間設計絕緣支撐塊。設計絕緣支撐塊的目的，其一主要是為了防止磁極繞組在熱態下受側向力失穩導致撓度過大，甚至造成繞組破損，其二是為了防止轉子高轉速運行情況下，磁極繞組在較大側向力影響下變形。

對于該結構型式的機組，相鄰磁極間垂直方向中部設置緊密貼合的絕緣支撐塊對于機組安全、穩定運行有一定意義，但在一定程度上增加了檢修工作量。

1.3 設備主要參數

絕緣支撐塊主要參數由電站實際設計而定，但實際尺寸有時偏離設計尺寸，以下列舉2019年該抽水蓄能電站3號機組部分磁極間絕緣支撐塊的主要參數，據此可對其有更加直觀的認識。

2 磁極墊條處理過程問題簡介

按照理論設計，當機組在運行過程中如果出現磁極墊條松動凸起［見圖1（a）］，說明轉子在運行過程中磁極松動，存在較大的安全隱患，應及時對墊條進行更換再緊固處理，主要步驟可為拆卸磁極固定件、松動絕緣支撐塊、垂直起吊提升磁極至安裝間、更換墊條、按要求回裝等[6]。在2019年該抽水蓄能電站3號機組磁極墊條處理過程中，在提升磁極時發現即使松動絕緣支撐塊依然擋住了磁極阻尼環（見圖3），導致磁極不能正常提出，必須在磁極提升一定高度時拆除該磁極兩側絕緣支撐塊方能解決此問題。

圖3 磁極提升時阻尼環被絕緣支撐塊擋住的實物圖Figure 3 Physical drawing of damping ring blocked by insulating support block during magnetic pole lifting

根據轉子設計參數，絕緣支撐塊安裝位置距離上、下基礎面各為約1.50m、2.30m的距離，定、轉子空氣間隙約為32.00mm，絕緣支撐塊端部到定子表面距離約為45.00mm。在如此狹小的空間且距離基礎面較遠的情況下拆卸結構復雜的絕緣支撐塊絕非易事，無先前經驗可參考，無合適工器具可利用，是當前磁極墊條處理過程中面臨的最大問題。

3 問題原因及相應解決方法解析

3.1 問題原因分析

3.1.1 絕緣支撐塊在制造階段質量監控不到位

該抽水蓄能電站3號機組轉子磁極間的絕緣支撐塊實際尺寸超出設計尺寸，導致其安裝緊固時端部與阻尼環水平方向最小距離偏離設計值，具體可參見表1。根本原因是該撐塊在制造階段質量監控不到位，其尺寸未到達設計要求即通過了驗收。

表1 某抽水蓄能電站3號機組部分磁極間絕緣支撐塊的主要參數Table 1 Main parameters of the insulation support block between magnetic poles of unit 3 of a pumped storage power station

3.1.2 絕緣支撐塊在首次安裝階段過程把控不到位

依據安裝質量控制管理要求，絕緣支撐塊在首次安裝前應對其尺寸、外形、重量等相關參數進行核算，核算符合設計要求后方可按要求安裝。安裝單位在首次安裝絕緣支撐塊前未認真核算相關參數即進行安裝，是相關責任未落實到位的一種表現，也是導致其能夠阻礙磁極阻尼環的根本原因。

3.1.3 首次安裝過程與檢修過程的大不相同所致

在首次安裝階段，發電機組轉子整體處于安裝間并穩固，當所有磁極均掛接到轉子磁軛上并穩固后，即可安裝磁極間絕緣支撐塊。此時，各部件的安裝空間廣闊，不受空間條件約束，安裝過程較易實現，但較容易忽視部件安裝完成后對安裝尺寸核算問題。原則上應在磁極與絕緣支撐塊全部安裝完成后，采用重錘線檢測絕緣支撐塊是否與磁極下部阻尼環在垂直方向存在重疊部分（見圖4），如存在重疊部分則不符合設計要求，判定安裝不合格，務必對絕緣支撐塊進行加工處理再安裝，使之符合設計要求。

圖4 重錘線檢測絕緣支撐塊與阻尼環在垂直方向是否存在重疊示意圖Figure 4 Schematic diagram of overlapping of insulating support block and damping ring in vertical direction detected by heavy hammer line

在檢修階段，發電機組轉子整體處于安裝位，同定子間形成的定、轉子空氣間隙僅為32.00mm。在此條件下，需要將磁極垂直向上拔出，則需要各部件安裝尺寸嚴格符合設計尺寸，如果絕緣支撐塊的安裝尺寸過大，將會造成磁極無法向上拔出，務必采取相應方法拆卸絕緣支撐塊或阻尼環來解決此問題。在如此狹小空間、拆卸條件不具備情況下拆卸絕緣支撐塊或阻尼環實屬不易，務必采取科學、經濟效益可行的方法來實現，這對檢修工器具、檢修方法、檢修管理提出了更高的要求。

3.2 相應解決方法解析

針對以上分析的該抽水蓄能電站3號機組磁極墊條處理過程所存在的問題，綜合考慮可從以下幾方面采取方式解決。

3.2.1 擴大檢修空間，拆卸絕緣支撐塊

對于定、轉子正常安裝位狀態，定、轉子空氣間隙設計值僅為32.00mm，想要順利拆卸絕緣支撐塊絕非易事，對此可采取擴大檢修空間的辦法。擴大檢修空間主要是將轉子整體吊出至安裝間固定，再進行絕緣支撐塊的拆卸工作，其涉及的工作主要有上機架拆卸吊離、轉子端軸解體、轉子與軸間傳動銷拆卸、300t級轉子吊離及機組軸線檢查調整等。從檢修工期、經濟效率及安全管理方面考慮，擴大檢修空間方法涉及的檢修工作量過于龐大，反而將1次B級檢修等級上升為更高層次的檢修等級，不利于檢修現場的安全、質量、工期及經濟等方面管控。從理論方面來講，擴大檢修空間法可以在不損壞設備的情況下解決問題，從實際方面來講，該方法提高了檢修等級，現實條件不允許。綜合考慮，在2019年開展的該抽水蓄能電站3號機組磁極墊條處理工作中未采取擴大檢修空間法。

3.2.2 破碎絕緣支撐塊，為磁極阻尼環讓路

破碎絕緣支撐塊的方法主要是采取某種措施將其破碎，消除阻礙，再更換備用品。結合絕緣支撐塊安裝位距離轉子上基礎面有約1.50m高度的實際情況，可考慮采用加長桿磁力鉆將絕緣支撐塊破碎，且有先前經驗可借鑒。在檢修現場實踐發現，破碎絕緣支撐塊法可行，但存在的風險較大，主要有粉塵過大、加長桿振動大傷人、進度緩慢延誤工期及加長桿穩定弱脫落等風險，需要進一步采取更加安全的防范手段及改進加長桿等措施。

3.2.3 改變磁極阻尼環尺寸，為絕緣支撐塊讓路

改變磁極阻尼環尺寸即是在條件允許的情況下，通過銼刀等工具對阻尼環進行打磨，從而確保磁極能向上順利吊出。此方法是目前考慮到的一種最便捷、效率最高的方法，最大的缺點是此方法改變了設備原設計尺寸，在一定程度上對機組安全、穩定運行造成隱患。為進一步驗證此方法的可行度，在實際工作過程中可采用上述描述的重錘線法檢測絕緣支撐塊與阻尼環的重疊度，核算出阻尼環需打磨的尺寸，如打磨尺寸在允許范圍內，即可采取此方法。經過實踐證明，核算出需要打磨尺寸的阻尼環共有18個，且需打磨尺寸均超過允許范圍，此方法暫不可應用于2019年開展的該抽水蓄能電站3號機組的檢修工作中。

3.2.4 制作優良工器具拆卸絕緣支撐塊，為磁極阻尼環讓路

考慮為磁極阻尼環讓路，最直接的辦法即是將絕緣支撐塊拆卸并取出。結合實際，進一步優化現有的檢修工器具、檢修方法和管理方式，制作出切合實際、適用的檢修工器具并采取合適的方法應用于現場。通過現場分析，可考慮將磁極提升約1.30m至阻尼環貼緊于絕緣支撐塊下部并將其固定，目的是騰出拆卸絕緣支撐塊的限定空間，再采用合適的細長型、可變換型工器具拆卸絕緣支撐塊固定螺桿。

在2019年開展的該抽水蓄能電站3號機組磁極墊條處理的實際工作中，制作出了改進型工器具，主要有可變換型扳手（見圖5）、細長型鋼鋸等，通過進一步優化調整檢修方法和管理方式，成功拆卸出磁極間中部的絕緣支撐塊（見圖6），且對現場設備、部件等無任何損傷，破解了狹小空間部件難拆卸等多項難題。實踐證明，優化檢修工器具、檢修方法和管理方式是解決問題的根本辦法[7]。

圖5 可變換扳手Figure 5 Adjustable wrench

圖6 拆卸后絕緣支撐塊實物圖Figure 6 Physical drawing of insulation support block after removal

4 預控措施

在2019年開展的該抽水蓄能電站3號機組磁極墊條處理過程中，由于對轉子上的部件進行過拆裝工作，為避免安全隱患，需要提前在后期運維階段做好預控措施[2]，主要是對相關設備及數據進行定期檢查及監視[3]，詳見表2。

表2 某抽水蓄能電站3號機組轉子定檢及監視對照表Table 2 Comparison table of rotor regular inspection and monitoring of a pumped storage power station unit 3

5 結束語

該抽水蓄能電站3號機組磁極墊條凸起等問題，通過2019年開展的B級大修工作得到了有效處理，但其處理過程幾經曲折，遇到了多項難以攻克的難題。最后，通過認真分析、論證，進一步優化當前檢修工器具、檢修方法和管理方式，解決了其根本性難題。修后實踐表明，所提出并運用的解決方案是切合實際的、有效的，保障了機組的安全穩定運行，對今后同類型電站相似問題的處理有相當大的借鑒意義[8]。