汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心渦流損耗的處理及驗收方法

賀云龍

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

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汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心渦流損耗的處理及驗收方法

賀云龍

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

簡要分析了汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心渦流損耗的形成原因及其危害，提供了兩種有效的通過切斷渦流回路消除渦流損耗的工藝方法，并介紹了如何通過鐵損試驗的方法發(fā)現(xiàn)鐵心異常損耗，定位鐵心渦流損耗故障點，為工藝技術(shù)人員提供一定的參考借鑒作用。

鐵心渦流損耗；鐵損試驗；插云母片；電腐蝕

0 引言

汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心采用表面刷涂絕緣漆膜的硅鋼片疊裝而成。具體實施時，受硅鋼片沖剪質(zhì)量、沖片毛刺清理質(zhì)量、絕緣漆膜刷涂質(zhì)量等因素，以及定子槽楔裝配時對沖片表面漆膜可能造成的損傷等影響，常出現(xiàn)沖片表面片間短路情況。機(jī)組運(yùn)行時，如果鐵心齒尖位置因絕緣損傷，形成鐵心沖片表面短路，短路的沖片會通過沖片軛部與定位筋形成渦流回路，鐵心將在交變的感應(yīng)磁場作用下，在鐵心內(nèi)形成渦流損耗。鐵心的渦流損耗，將會造成鐵心齒尖位置發(fā)熱。故鐵心的渦流損耗問題，亦可以稱為鐵心發(fā)熱問題。如溫升過高沒有及時發(fā)現(xiàn)，任其發(fā)展可能會引發(fā)鐵心燒損、定子繞組絕緣擊穿等嚴(yán)重事故。我公司制造的汽輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)品，在制造過程中及出廠驗收前，有很多道針對鐵心的檢驗程序。目的就是及時發(fā)現(xiàn)鐵心的渦流損耗，避免鐵心齒尖位置溫升過高。

1 鐵心渦流損耗的處理方法

汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心渦流損耗問題， 因其形成原因及表現(xiàn)形式， 又可以稱為鐵心發(fā)熱問題。形成原因為由于鐵心齒部絕緣漆膜損傷， 造成沖片齒尖位置片間短路， 短路的沖片由定位筋形成渦流電流回路， 造成渦流損耗，如圖1所示。

根據(jù)上述鐵心發(fā)熱原理，處理方式主要圍繞修復(fù)片間絕緣，切斷渦流回路而進(jìn)行。汽輪發(fā)電機(jī)鐵心沖片單片的厚度非常薄，常見厚度為0.5 mm和0.35 mm。實際上，數(shù)張沖片之間短路，會因為片間電位差非常小，無法形成有危害的渦流損耗。較大范圍的片間短路，才會形成明顯的渦流損耗。處理過程中，不必逐張修復(fù)沖片絕緣，只需要將齒尖位置的渦流回路，分多點切斷，即可避免渦流損耗，修復(fù)發(fā)熱的鐵心。下面介紹兩種鐵心發(fā)熱處理方法。

圖1 渦流損耗原理示意圖

1.1 插云母片方法

經(jīng)過鐵心鐵損試驗后， 如發(fā)現(xiàn)發(fā)熱點， 最簡單有效的處理方法為插云母片法。使用云母片代替定子沖片片間絕緣漆膜， 切斷渦流回路， 從而修復(fù)鐵心發(fā)熱問題。插云母片的具體工藝方法如下：

1) 外觀檢查。首先對鐵心表面進(jìn)行外觀檢查，檢查鐵心表面是否有損傷，是否有突出片，或者毛刺。如果有突出片或傾倒的毛刺，需進(jìn)行剔除。

2) 準(zhǔn)備工作。將云母片剝成薄片，并剪成便于插入鐵心的三角形。檢查插漆刀工具刃口，是否有卷刃、鈍化情況。使用鐵心測緊量工具檢查待修復(fù)處鐵心緊量。如緊量過高，可在發(fā)熱點相鄰位置釘入楔鐵，并靜置一段時間，以分散鐵心壓力，處理發(fā)熱點前將楔鐵取出。

3) 插云母片。將插漆刀刃口插入鐵心齒尖沖片縫隙之間， 使用手錘將插漆刀釘入沖片間， 將沖片之間撐起一道縫隙。插漆刀釘入深度不宜過淺， 需超過定子槽楔槽。將裁減好的云母片插入片間縫隙， 云母片需超出沖片外邊緣。墊放好云母片后， 抽出插漆刀， 并在縫隙閉合前再次調(diào)整云母片位置。按上述方法重復(fù)均勻在本段鐵心其它軸向位置插入云母片， 軸向間隔6～7片左右。

4) 收尾處理。插入云母片后，靜置一段之間，待鐵心壓力傳導(dǎo)均勻。將暴露在鐵心外的云母片剔除，并在處理后的鐵心位置，刷涂一層環(huán)氧絕緣氣干漆。

5) 驗收復(fù)檢。

1.2 電腐蝕法

如定子鐵心齒尖位置，出現(xiàn)因磕碰、劃傷等原因造成的損傷，齒尖位置出現(xiàn)卷邊變形，或存在頑固毛刺，經(jīng)過插云母片的方法處理后，仍未見效果，可以考慮使用電腐蝕的方法處理定子鐵心。電腐蝕工藝方法與插云母片工藝方法的作用原理相同，主要目的同樣是為了切斷沖片齒尖位置的渦流回路，只是采用的工藝方法不同。前者采用物理方式隔開沖片，后者采用化學(xué)方法重新形成絕緣層。電腐蝕法采用酸蝕的方式，腐蝕沖片頑固的毛刺及棱邊，使沖片表面形成一層氧化層替代絕緣漆膜，從而切斷渦流回路，修復(fù)鐵心發(fā)熱點。

具體過程如下：

準(zhǔn)備鐵心電腐蝕修理工具， 工具前端包滌綸氈， 并用銅絲綁扎固定。工具接通自耦變壓器及電流表， 調(diào)整電流為0.7 A， 并將鐵心接地， 如圖2所示。將磷酸、 酒精及水， 按體積比2∶2∶6的比例混合攪勻。使用工具上包扎的滌綸氈沾取電腐蝕溶液， 溶液不能沾的太飽， 以免涂刷時流淌。在鐵心缺陷處進(jìn)行涂刷， 大約1 min后， 移開工具，冷卻10 min。用放大鏡檢查， 如果沖片間形成圓角， 并明顯分開， 使用吹風(fēng)機(jī)將鐵心表面吹干。鐵損試驗驗收合格后，表面涂一層環(huán)氧絕緣氣干漆。

圖2 電腐蝕原理圖

2 鐵心的驗收方法

鐵心的主要驗收方法為鐵損試驗時的熱成像檢測方法。為定子鐵心穿入一定匝數(shù)的電纜，為電纜通交流電，形成交變磁場，并使用熱成像儀觀察鐵心膛內(nèi)。如鐵心齒尖位置存在渦流損耗，齒尖會發(fā)熱，并反映在熱成像儀上。另一種方法為EL-CID試驗，該試驗方法為測量鐵心齒部表面電流。兩種方法相比較，第一種方法較為直觀，精度較高。EL-CID試驗需要使用特殊儀器，并且需要一定的操作經(jīng)驗，否則影響測量結(jié)果。在條件允許情況下，應(yīng)優(yōu)先選用鐵損試驗。下面詳細(xì)介紹一下鐵損試驗方法。

首先按如下公式計算定子鐵心截面積：

式中：L為鐵心長度；D1為鐵心外徑；D2為鐵心內(nèi)徑；ns為通風(fēng)道數(shù)量；hs為齒高；bs為通風(fēng)道寬，注：線性長度單位為cm。

然后按如下公式計算試驗電纜繞發(fā)電機(jī)纏繞匝數(shù)：

式中：f為頻率；B為磁場強(qiáng)度；U為試驗電壓。

計算出匝數(shù)后，按圖3接線。

圖3 鐵損試驗原理圖

試驗開始后，為激磁繞組通交流電，通過激磁繞組在鐵心內(nèi)沿圓周方向形成交變的感應(yīng)磁場。在定子端部架設(shè)一部熱成像儀，觀察鐵心內(nèi)部。因鐵心自身的滯磁損耗，整個鐵心會產(chǎn)生一定量的溫升。

存在片間短路的鐵心段，會因渦流損耗產(chǎn)生額外的熱量，并通過高于其它位置的溫升，呈現(xiàn)在熱成像儀上。通過熱成像儀上的色差，不僅可以定位短路點，還可以測量出具體的溫升差距。以此方法可以查找鐵心短路點、檢驗處理效果。

3 結(jié)語

汽輪發(fā)電機(jī)定子沖片制造工藝復(fù)雜，沖片漆膜脆弱易損，定子鐵心裝配工序結(jié)束并驗收合格后，由于后序工序復(fù)雜，定子繞組裝配及槽楔裝配均可能影響鐵心質(zhì)量。鐵心沖片漆膜容易造成磨損，產(chǎn)生鐵心發(fā)熱現(xiàn)象。發(fā)電機(jī)現(xiàn)場檢修時，如鐵心發(fā)生磕碰損傷，或重新裝配定子槽楔，均需要進(jìn)行鐵損試驗。做到及時發(fā)現(xiàn)問題，并以最簡單工藝處理，避免發(fā)生嚴(yán)重的事故。

·信息點滴·

國產(chǎn)風(fēng)電風(fēng)機(jī)質(zhì)量趕超美國仍需大幅提高

據(jù)自然雜志、路透社、華盛頓郵報報道，美國風(fēng)機(jī)質(zhì)量遠(yuǎn)超過中國風(fēng)機(jī)質(zhì)量。目前，中國國內(nèi)生產(chǎn)的風(fēng)機(jī)其質(zhì)量處于較差狀態(tài)。

一方面，中國風(fēng)場的裝機(jī)量超過了美國，相對美國(風(fēng)場僅占67.7%)而言，這將會使中國的風(fēng)力發(fā)電大大增加；另一方面，中國大量的裝機(jī)量抵消了由并網(wǎng)延遲(-50.3%)、劣勢的風(fēng)力資源(-17.9%)和劣質(zhì)的風(fēng)機(jī)(-50.2%)所引發(fā)的負(fù)面聯(lián)合效應(yīng)。中國風(fēng)電較高的削減率(-49.3%)，進(jìn)一步降低了實際的風(fēng)力發(fā)電?？偠灾?，中國39.3 TWh風(fēng)力發(fā)電量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于美國。其他因素不變，隨著中國風(fēng)電的縮減，將會使其降低到19.37 TWh，這僅相當(dāng)于加拿大在2012年的風(fēng)電總量。雖然通過尋求轉(zhuǎn)向國際的風(fēng)機(jī)供應(yīng)商，可以使國內(nèi)劣質(zhì)的風(fēng)機(jī)問題在短時間內(nèi)得到解決，但從長遠(yuǎn)角度來看，加大國內(nèi)風(fēng)機(jī)研發(fā)力度的同時，應(yīng)與其他國家簽訂技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議。

當(dāng)供大于求時，抽水蓄能電站(PHS)也能儲存一些電力。目前中國抽水蓄能電站(PHS)總量達(dá)16.9 GW，預(yù)計到2020年將達(dá)到50 GW。抽水蓄能電站的額外電量大部分是計劃在中國的東部和南部地區(qū)，僅有16 MW是在北方(中國風(fēng)場主要在北方地區(qū))。隨著抽水蓄能電站(PHS)在北方地區(qū)的增長，將會彌補(bǔ)棄風(fēng)削減問題。中國計劃到2020年增加非抽水蓄能達(dá)14.7 GW，這將可能依靠電池系統(tǒng)(發(fā)電)。

20160408