白鶴灘右岸水輪發電機定子鐵心裝配新技術

王新洪，周峰，楊年浩

（1.哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱 150040；2.中國三峽建工（集團）有限公司，成都 610095）

0 引言

白鶴灘水電站位于四川省寧南縣和云南省巧家縣境內，是金沙江下游干流河段梯級開發的第二個梯級電站，以發電為主，兼有防洪、攔沙、航運、灌溉等綜合效益，是“西電東送”的重要工程，建成后將主要供給電華東電網、華中電網和南方電網，并兼顧當地電網的用電需要。總裝機容量1600 萬kW，左右岸分別布置8臺單機容量為100萬kW的水輪發電機組，是全球單機容量最大的水輪發電機組，也是總裝機容量僅次于三峽工程的世界第二大水電工程。哈爾濱電機廠有限責任公司承擔右岸8臺套機組的設計制造。

作為全球單機容量最大的水輪發電機組，也是世界首次設計制造單機容量超過1000 MW的水輪發電機，設計制造難度達到新高，推動了巨型水輪發電機技術的創新發展[1]。

1 定子鐵心結構及安裝標準

白鶴灘右岸發電機定子鐵心由36萬余張0.5 mm厚的50W250硅鋼片疊裝而成，總質量達698.13 t。定子鐵心外徑為φ17 800 mm，內徑為φ16 580 mm，長度為3650 mm。整圓共計58張沖片，層間錯1/3片疊裝，共計93小段。上、下端的階梯片在廠內粘接成2.5 mm厚，在工地粘接成30 mm高度。定位筋為雙鴿尾形式，9層托塊，定位筋和托塊徑向無間隙，鴿尾一側有0.25 mm間隙。定子鐵心采用穿心螺桿壓緊，穿心螺桿上端布置蝶型彈簧使壓緊力保持相對恒定，螺桿兩端還布置有絕緣螺帽防止放電發生。

白鶴灘發電機要求裝配后鐵心圓度各半徑與設計半徑之差不超過發電機設計空氣間隙的3%，定子鐵心內徑公差要求為（0，+0.70）mm；定子鐵心圓度要求為0.60 mm；鐵心長度偏差不應超過0～5 mm；鐵心波浪度不大于8 mm；鐵心槽寬槽深錯牙不大于0.10 mm。當前如溪洛渡、向家壩等大型機組發電機定子鐵心裝配后要求鐵心圓度各半徑與設計半徑之差不超過發電機設計空氣間隙的4%；鐵心長度偏差不超過0～10 mm；鐵心波浪度不大于10 mm；鐵心槽寬槽深錯牙不大于0.20 mm。白鶴灘發電機定子鐵芯裝配標準是目前國內外大型水輪發電機定子鐵芯裝配要求[2]最高的。

2 定子鐵心裝配技術

2.1 定子鐵心裝配技術難點

白鶴灘右岸定子鐵心半徑接近9 m，鐵心長度為當前最長的鐵心長度，單片沖片制造槽尺寸精度為0.08 mm，保證最終的尺寸、形位公差、整體壓緊時預緊力及預緊力均勻性是滿足白鶴灘安裝精品標準必須要突破的技術難點。

2.2 定子鐵心裝配工藝參數

根據白鶴灘安裝精品要求，總結以往大型機組安裝成果，對定位筋調整[3]、定位筋托塊搭焊、定位筋托塊滿焊、定子鐵心下壓板調整裝焊到定子鐵心預壓[4]次數、預壓長度、預緊力、分段壓緊、整體壓緊等各過程工藝參數進行系統研究，確定各工序全新工藝參數，同時經過某項目（定子鐵心外徑為φ13 000 mm，內徑為φ12 150 mm，高度為1980 mm）共4臺發電機定子鐵心裝配工程實踐驗證，并以此為基礎進一步優化，確定了白鶴灘巨型水輪發電機高精定子鐵心裝配全新工藝參數。

2.3 定子鐵心裝配新工具

配合全新工藝參數，開發定子鐵心疊裝高精度定位工具，合理設計工具的形位公差，提高定位精度；開發量化測量檢測工具，如定位筋弦距測量工具、鐵心緊量測量工具等（如圖1、圖2），改變傳統定性測量判定，實現定量測量，更精準、更直觀，為提高鐵心整體質量提供保證；開發快速調整工具，如定位筋搭焊樣板等（如圖3），方便工具調整，降低勞動強度，提高定位筋調整安裝效率。

圖1 定位筋弦距測量工具

圖2 鐵心緊量測量工具

圖3 新型定位筋搭焊樣板

2.4 定子鐵心裝配工藝

2.4.1 定位筋安裝

圖4 托塊三面焊接

圖5 點焊順序優化

2.4.2 下齒壓板安裝

首先下齒壓板與機座預裝，通過整圓疊幾層沖片校正下齒壓板位置，然后確定下齒壓板配加工尺寸，下齒壓板配加工修正了分瓣機座焊接后下環板平面偏差，保證了下齒壓板裝焊后壓指水平，保證超長定子鐵芯裝配后緊量，下齒壓板配加工后復位回裝焊接，最終保證了下齒壓板焊后參數：下齒壓板半徑R8318+2-2mm，內圓比外圓高0.2～1.0 mm；相鄰兩塊高度差≤0.5 mm；下齒壓板整圓波浪度≤2 mm。

2.4.3 定子沖片疊裝

定子沖片以高精度樣棒及鴿尾筋定位疊裝（如圖6），輔以高精度整形棒對疊裝沖片整形，加大整形頻次，提高疊裝沖片的規整性；同時提高單張沖片厚度的測量比例，嚴格控制單段鐵心長度，按照極少原則準確添加補償片；通過鐵心軛部及齒部兩套壓緊工具（如圖7）避免發生齒脹，提高整體壓緊力均勻性，保證了整體壓緊力。

圖6 沖片疊裝

定子沖片疊裝采用分段預壓（如圖8）與整體（如圖9）壓緊技術，共分9次預壓，預壓長度參數如表1所示，鐵心磁化試驗后再次整體壓緊，每次壓緊均采用液壓拉伸器循環多次壓緊，壓緊力為136.56 kN，同時增加壓緊分區數量，有效減少鐵心整體波浪度，提高鐵心壓緊程度。在常規每疊裝500 mm高預壓一次的工藝基礎上，針對白鶴灘發電機超長定子鐵心，首次采用邊段粘接鐵心單獨壓緊方式（如圖7），驅動端邊段粘接鐵心單獨預壓，非驅端邊段粘接鐵心與最后一次壓緊合并，從邊段粘接鐵心沖片開始刷膠疊裝到加壓的時間不得超過48 h；同時為保證粘接質量，對膠固化溫度進行專項研究，現場溫度若低于20 ℃，邊段粘接鐵心加壓后，需加熱固化，加熱溫度到60～80 ℃，加熱時間不少于24 h，若現場溫度20 ℃以上，邊段粘接鐵心加壓后，可采用加熱固化，也可以采用室溫固化，邊段粘接鐵心疊裝新工藝措施提高了定子鐵心端部整體性，加強了鐵心整體壓緊效果。與定子沖片齒中心偏差≤0.5 mm。

圖7 驅動端邊段粘接鐵心預壓、保壓固化

圖8 疊裝分段預壓

圖9 整體壓緊

表1 分段預壓參數

槽形：通槽棒逐槽檢查槽形，能順利通過槽部穿心螺桿伸長值。圓周均布抽測10%，伸長值=額定伸長值+10%。

穿心螺桿絕緣電阻：500 V搖表，絕緣電阻≥15 MΩ。緊量：推力200 N，推入深度＜3 mm。

保證了鐵心整體壓緊力及壓緊力均衡，使定子鐵心最終圓柱度、整體波浪度、槽錯牙的尺寸指標遠優于以往的任何大型機組，全部優于白鶴灘精品標準，最終單位鐵心損耗值及磁化試驗各項指標也遠低于同類機組，定子鐵心安裝實測數據示例如表2所示，驗證了全新工藝參數、全新工藝控制措施的先進性。

表2 白鶴灘右岸機組前4臺定子鐵心安裝實測數據

3 結語

經過技術創新并結合實際不斷優化、完善裝配技術，使白鶴灘右岸水輪發電機定子鐵心安裝取得了圓滿成功，極大提高了大型水輪發電機定子鐵心裝配質量，提高了大型水輪發電機制造水平，為白鶴灘精品機組實現提供了強有力技術支撐和保障。