宜興抽水蓄能電站磁極擋塊開裂原因分析及處理措施

宋晉紅，蔣明君，狄洪偉，徐 偉，蔣潔青

（華東宜興抽水蓄能有限公司，江蘇省宜興市 214205）

宜興抽水蓄能電站磁極擋塊開裂原因分析及處理措施

宋晉紅，蔣明君，狄洪偉，徐 偉，蔣潔青

（華東宜興抽水蓄能有限公司，江蘇省宜興市 214205）

抽水蓄能機組一般都安裝有磁極擋塊，本文對宜興抽水蓄能電站上中下擋塊參數進行了描述，對受力情況進行了分析，對中部擋塊開裂故障進行了細致的分析，并敘述了采取的改進方案和措施。

擋塊；開裂；分析

0 引言

江蘇宜興抽水蓄能電站（以下簡稱宜興電站）安裝 4臺單機容量 250MW立軸單級混流可逆式抽水蓄能機組，機組是加拿大GE公司生產的ATI/TS-W型，額定轉速為375r/min，機組均于2008年投入商業運行。機組在2009年B級檢修甩負荷試驗后，發現部分磁極中部擋塊存在不同程度的裂紋，而上下部擋塊則完全正常，宜興電站立即組織進行分析處理，更換改進后的中部擋塊后運行正常。

1 情況介紹

1.1 磁極擋塊參數

宜興電站磁極擋塊采用的是GE公司的G11材料，其各項性能參數檢測見表1，各參數要求均滿足技術協議要求。

表1 磁極擋塊參數表

續表

1.2 磁極擋塊結構

宜興電站磁極擋塊采用環氧塊全支撐結構，上部擋塊與下部擋塊結構相同，結構圖如圖1所示，上下部擋塊的環氧支撐塊與不銹鋼塊采用拉緊螺桿（M24內六角）連接，不銹鋼塊內部有螺紋孔，安裝時涂抹樂泰242膠水，施加170Nm力矩，安裝好后用鎖定螺桿（M10內六角）鎖緊拉緊螺桿（螺桿中部有24mm范圍的六棱柱結構，用于鎖定），安裝完畢后，環氧支撐和磁極線圈間留有0～0.5mm間隙。因此，環氧支撐和不銹鋼塊緊密接觸，環氧支撐和磁極線圈則留有間隙。

圖1 上下部擋塊結構圖

圖2 中部擋塊結構圖

中間擋塊結構異于上下部，結構圖如圖2所示，由于安裝上部及下部擋塊都需力矩扳手，如果中部擋塊設計和上下部一樣，則安裝拉緊螺桿和鎖定螺桿需要1.5m長的力矩扳手，非常不利于施工，而且對于較小的鎖定螺桿來說，扳手頭部內六角非常容易斷裂，故中部擋塊采用另外一種結構，環氧支撐頭部設計一凹槽，凹槽內放一不銹鋼塊（中間有M30內螺紋），用1m長的M30螺桿與轉子中心體處螺母相連，為保持環氧支撐與線圈的間隙，螺栓不施加力矩，僅僅將環氧支撐拉近接觸線圈即可，然后螺母用鎖片鎖住。

2 原因分析

2.1 上下部擋塊受力分析

機組運行時，轉動部分以375r/min的轉速運行，上下部擋塊的不銹鋼塊壓緊磁極線圈的絕緣護板，環氧支撐由不銹鋼塊提供向心力，施力點在螺栓頭部，其受力示意圖如圖3所示，方向指向大軸中心，受力區域見圖紅色部位所示。由于受力均勻且是正壓力，即使機組甩負荷，轉速達到500r/min，F向心力還是不足以破壞環氧支撐。

2.2 中部擋塊受力分析

機組運行時，中間擋塊受到一個支撐其轉速的向心力，該力的作用部件是拉緊螺桿，通過擋塊凹槽內的不銹鋼塊來傳遞，其受力如圖4所示，紅色區域為受力區域。若受力正常，則環氧支撐不會被破壞。

現場拆出的擋塊實物顯示凹槽內不銹鋼塊和環氧支撐的接觸面并不是紅色區域，而是側面和弧形角處，則不銹鋼塊與環氧支撐在機組運行時在圓弧面受力，該力可分解為正面向心力和側面推力，其受力如圖5所示，在機組高速運行后，擋塊極易開裂。

2.3 原因分析

圖3 上下部擋塊受力示意圖

圖4 中部擋塊設計受力示意圖

G11環氧支撐密度為1853.8kg/m3，中部擋塊體積為1377.38cm3，則其重量為2.26kg。轉子直徑為5340cm，磁軛外徑為4735cm，擋塊徑向長度為215cm，凹槽深度為70cm，擋塊安裝在磁極線圈中部，則取擋塊向心力受力處半徑為5000cm。機組甩負荷過程中，機組轉速最高升至額定轉速的134.759%，即超過505r/min。依據向心力公式計算，此時向心力超過7800N，如果不銹鋼塊與環氧支撐在在圓弧面受力，則環氧支撐會受到很大的側向力，接觸面受力方向與徑向角度越大，側向力也越大。

圖5 中部擋塊實際受力示意圖

綜上分析，可以確定中部擋塊產生裂紋的原因為：不銹鋼塊和環氧支撐存在間隙導致受力在側面及弧形處，對擋塊形成兩個F側向拉力，而且由于凹槽較深，力矩較大，最終導致環氧環氧支撐裂紋的產生。

而產生間隙原因有兩個，一是加工精度不高，導致配合不好；二是現場裝配工藝不當，沒有進行修磨。

3 處理方法

對4臺機組擋塊進行全面檢查，并將所有中部擋塊取下，更換新型擋塊，新型擋塊的凹槽部分較淺（深度新型為40mm，舊的為70mm），以減小安裝精度要求，在安裝前，對不銹鋼塊的弧形角處進行了加工，削去一部分，并對其側面進行打磨，保證安裝后不銹鋼塊與環氧支撐塊正面的良好接觸，其側面有一定間隙（為防止振動，在側面及正面接觸面都刷一層環氧），同時保證倒角處不銹鋼塊和環氧支撐完全不接觸，當機組正常運行或甩負荷時，環氧支撐塊受的主要的力就是不銹鋼塊提供的徑向正壓力，而側面基本不受力，斷絕了側向剪切力的根源，從根本上杜絕了擋塊裂紋的產生。

改進后，宜興電站機組運行了5年多，未發現有任何擋塊缺陷、故障問題。

4 結束語

該事件帶給我們以下一些經驗與啟示：

（1）現場安裝并不一定能達到設計精度，要求施工人員和驗收人員要了解所安裝配件需達到的功能以及相互配合的目的，在安裝時無法達到設計精度時，改進施工工藝，從而實現配件功能。

（2）設計單位應充分考慮現場施工情況，對現場施工工藝難度大、精度要求高、預留裕度小的設計進行改進，降低施工難度。

（3）發電電動機應定期特別是甩負荷后進行擋塊檢查，檢查擋塊開裂情況、檢查螺栓有無松動，一般可利用內窺鏡進行檢查，并拍照記錄以便下次檢查對比分析，必要時可拆下擋塊檢查。

宋晉紅（1962—），女，大專，工程師，從事抽水蓄能電站技術管理工作。

蔣明君（1981—），男，本科，工程師，從事抽水蓄能電站電氣設備技術管理工作。

狄洪偉（1980—），男，本科，高級工程師，從事抽水蓄能電站電氣設備技術管理工作。

徐 偉（1977—），男，本科，工程師，從事抽水蓄能電站運維管理工作。

蔣潔青（1982—），女，本科，工程師，從事抽水蓄能電氣設備管理工作。

The Analysis and Treatment of the Pole Stopper Cracking on Yixing Pumped Storage Power Station

SONG Jinhong，JIANG Mingjun，DI Hongwei，XU Wei，JIANG Jieqing（East China Yixing Pumped Storage Co.Ltd.，Yixing 214205，China）

Pumped storage units are generally mounted with a magnetic block.This paper described the lower block parameters in Yixing Pumped Storage Power Station，analyzed the stress，analyzed cracking failure in the central block，and described the improvement scheme and measures.

pole stopper；cracking；analysis