浅谈大型水轮发电机定子铁芯松动和断齿成因及预处理措施

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摘 要：大型水电厂在电力系统中担负调峰调频和事故备用的重要任务，必须保证机组安全稳定运行。作为电磁能量转换的定子铁芯，属于发电机最关键的部件，本文主要阐述定子铁芯松动和断齿的原因以及预防措施等问题。

关键词：定子；铁芯；松动；断齿；原因；措施

中图分类号：TV73 文献标识码：A

大型水电厂在电力系统中担负调峰调频和事故备用的重要任务，必须保证机组安全稳定运行。由于水轮发电机连续多年的运行，将导致定子铁芯压紧力逐渐减小，甚至发生松动现象，严重威胁发电机的安全稳定运行。因此，研究水轮发电机定子铁芯松动和断齿原因分析及预防措施，对保证机组安全稳定运行，意义重大。

1 故障概述

白山发电厂是东北电网最大的水电站，主要担负调峰、调频、事故备用及消峰填谷等生产任务。2005年，5号发电机进行春季预防性试验时，发现409、410号线棒下部槽口之间有微弱放电现象，经检查发现该处定子铁芯叠片下部第一片矽钢片向外伸长20mm。分析认为是定子铁芯长期振动、片间绝缘层干缩、压紧度变松、齿部振动幅度加大，使铁芯齿根部机械疲劳，造成铁芯齿根部断裂，在电磁拉力作用下，慢慢向外伸长，划伤定子绝缘，造成定子接地。对已松动铁芯叠片进行紧固，对已损坏的叠片进行处理为排除其他隐患，进行了发电机定子铁芯磁化试验，利用红外线成像排查铁芯发热点，避免机组受到更大的损害，确保机组稳定运行。

2 定子铁芯松动和定子冲片断齿的原因

2.1 材料方面的原因：（1）定子硅钢片的原因。最早是将热硅钢片应用在水轮发电机上，存在的问题是硅钢片尺寸大小不一，偏差大，硅钢片的平整度较差，也不容易被压紧等问题。（2）硅钢片漆的原因。在1995年前，一般应用有机漆涂刷在硅钢片上，作为绝缘漆使用，在压力和温度的作用下，会产生收缩现象。

2.2 设计方面的原因：（1）铁芯齿压条的刚度不够。（2）定子铁芯下端一般采用小齿压板结构，与采用大齿压板结构比较，铁芯轴向刚度小。（3）硅钢片漆存在一定的收缩性，没有足够的考虑到这个原因。（4）铁芯通风槽的钢结构设计不合理，没有考虑到通风流畅。（5）未充分考虑到运行时，温度过高条件下拉紧螺杆存在热膨胀的问题。（6）铁芯齿压板存在水平度不能满足要求的问题。

2.3 制造方面的原因：（1）硅钢片冲剪后毛刺偏大，去除毛刺不彻底。（2）焊于齿压板上的压指的最终尺寸、形状相互间存在较大差异，致使压指刚度不一。（3）通风槽钢焊接时，位置尺寸不正确，焊接后变形大。（4）定位肋板尺寸偏差较大。（5）定子冲片涂漆工艺不良，漆膜收缩率增大。

2.4 组装方面的原因：（1）下部小齿压板相互间高程差异较大。（2）定位肋板之间的弦距偏差过大。（3）铁芯叠片压紧时压不实，严重时由于存在波浪度，局部区域冲片层间存在间隙。

2.5 运行方面的原因：（1）发电机经常大容量进相运行使定子铁芯端部温度长期偏高。（2）调频、调峰要求频繁启停机，致使铁芯频繁热胀和冷缩。

3 原因分析

3.1 拉紧螺杆的伸长量未调整合适。由于定子齿压板是通过拉紧螺杆固定的，而拉紧螺杆是靠形变产生作用力的，如果拉紧螺杆的伸长量未调整合适，将引起压紧力度不均匀或者不合适，严重时可产生定子铁芯的松动现象。

3.2 硅钢片漆的原因。硅钢片因为涂刷油漆，将产生不同程度的收缩量，这种收缩量会随着时间的延长持续的增大，是制作商很关注的问题，在设计硅钢片和选择漆的问题上，应充分考虑漆膜的收缩量，保证满足使用要求。

3.3 拉紧螺杆的轴向热膨胀问题。由于定子铁芯属于B级绝缘，温度一般在120℃，但是实际运行温度低于这个数值，如果定子铁芯、拉紧螺杆处于可以自由膨胀的状态，将拉紧螺杆调整到符合轴向热膨胀的位置，将有力与维持铁芯的压力，拉紧螺杆处于最佳的工作状态，会大大提高定子铁芯的稳定性。

4 防止定子铁芯松动的措施

4.1 采用F级新型硅钢片漆。为了防止定子铁芯松动，应该采用附着力更强、收缩率较低、表面硬度高、具有较高抗蠕变功能和无机质含量的新型环氧硅钢片漆，这类漆膜可以有效加强定子铁芯运行后轴向压紧力，不易产生松动。

4.2 定子铁芯的端部应采取新型结构。一般情况下，定子铁芯的两端与每段之间都安装有绝缘片，这是为了隔断铁芯段之间产生的涡流，达到防止铁芯局部产生过热。如果再定子铁芯最外段的铁芯两端的齿片之间使用环氧树脂涂刷，可以有效地提高铁芯齿部的刚度，增大铁芯的稳定性。

4.3 应用通风槽钢的新型布置方式。将铁芯的通风槽板使用的小工字钢，将铁芯的齿部与轭部处断开，这样小工字钢在轭部处的圆周方向处于均匀的布置方式，运行时，定子铁芯的周向通风、轭部压力和温度上升速度都有了明显的改善。

4.4 应用新型铁芯叠片方法。在实践中，对于直径大于10m的定子铁芯，应采用十片一组的搭接新型叠片方法。一般常规的叠片方法是两片一组，采用十片一组的叠片方法可以有效地降低运行降低定子铁芯在运行中因热涨所产生的摩擦热应力，可以大大提高铁芯的抗击运行疲劳的能力。

4.5 应用新型的固定定子铁芯的结构。以往固定定子铁芯都采用焊接工艺，容易产生变形，影响了定子铁芯的加工工艺。新型的固定工艺采用特型拉紧螺杆，同时也具有定位肋板的作用，这种工艺的优点就是不用焊接，定位准，有效地避免了因为定子铁芯的温度升高所产生的膨胀，导致间隙增大，同时也减少了定子铁芯热变形现象。

4.6 应用高强度拉紧螺杆。拉紧螺杆在定子铁芯安装时的作用很重要，一般情况下，拉紧螺杆的变形越大，维持压力的时间也就越长，在压力不变的情况下，采用高强度材料，减小拉紧螺杆的直径，可以有效的延长定子铁芯维持压紧的时间，大大提高定子铁芯的稳定程度。

4.7 应用新型蝶形弹簧防铁芯松动。由于定子铁芯长时间运行，在热态环境下将产生收缩。应用新型蝶形弹簧木可以有效地防止定子铁芯松动现象的发生，保持在一定的安全压力范围内运行，大大提高定子铁芯运行的稳定性和安全性。

4.8 应用简化组装工艺。应用简化组装工艺，采用导向键定位定子铁芯，合理叠压芯片，在机座环版安装环形靠板，合理调整安装间隙，将定子铁芯准确定位。

结语

综上所述，作为电磁能量转换的定子铁芯，属于发电机最关键的部件，分析定子铁芯松动和断齿的原因，采取必要的措施，就能有效地预防此类故障的发生，确保水力发电机组安全稳定运行。

参考文献

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[2]中华人民共和国国家能源局.中华人民共和国电力行业标准.DL/T5420-2009.水轮发电机定子现场装配工艺导则[M].北京：中国电力出版社，2009.

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