淺談葛洲壩電站定子鐵芯改造高程確定方法及控制工藝

譚 鋆，秦巖平，宮海鵬

(中國長江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443002)

葛洲壩電站水輪發(fā)電機組已運行30余年，機組長期處于滿負(fù)荷工況下運行，目前機組設(shè)備及其部件的老化現(xiàn)象嚴(yán)重，故障率不斷上升，嚴(yán)重影響著電力生產(chǎn)的安全運行[1]。為保證設(shè)備長期安全穩(wěn)定運行，制定了2012-2022年的滾動改造計劃，分批次進(jìn)行更新改造增容工作，對機組轉(zhuǎn)輪、定子、主軸密封等部件進(jìn)行改造換型。定子鐵芯改造過程中，舊定子鐵芯拆卸后，在原有定子機座基礎(chǔ)上，重新確定定子鐵芯中心、高程，安裝齒壓板及定位筋，在現(xiàn)場進(jìn)行疊片。

對于大中型立式水輪發(fā)電機組來講，軸流式機組初次安裝高程以葉片中心線為基準(zhǔn)，混流式機組初次安裝高程以導(dǎo)葉中心線為基準(zhǔn)。該基準(zhǔn)是所有部件的安裝高程的重要依據(jù)，是機組安裝的關(guān)鍵指標(biāo)之一，也直接影響機組的安全、可靠、 穩(wěn)定運行[2]。但是在機組設(shè)備改造過程中，往往不具備以初次安裝高程為基準(zhǔn)的條件。本論文以筆者參加葛洲壩電站哈電機組改造增容工作積累的經(jīng)驗，介紹了定子改造過程中鐵芯高程的確定方法及控制工藝，驗證了該方法及工藝的正確性和可靠性。

1 簡 介

葛洲壩電站哈電機組改造增容過程中，定子鐵芯安裝工作全部在工地完成，舊定子拆卸后，將原定子機座合縫螺栓把緊至間隙達(dá)到要求后，在機座合縫處焊接合縫板，將原發(fā)電機定子機座分瓣結(jié)構(gòu)改成整圓結(jié)構(gòu)，定位筋改為為雙鴿尾型，共132根，每根定位筋由4塊托板固定，托板與機座環(huán)板焊接。定子鐵芯組裝后重約147.9 t，整個鐵芯被43層通風(fēng)槽片分成44段，鐵芯整段共792槽，鐵芯疊裝完成后最終高度為1 590(0～5)mm，整體波浪度要求<7 mm(見圖1)。

圖1 定子鐵芯裝配圖

2 定子鐵芯高程確定方法

在葛洲壩電站定子鐵芯改造過程中，現(xiàn)場施工不具備以初次安裝高程為基準(zhǔn)的條件，并且舊定子鐵芯已運行多年，定子鐵芯存在不同程度的變形、下沉，舊定子鐵芯高程僅僅只能作為設(shè)備改造過程中的參考，并不能作為基準(zhǔn)。根據(jù)國標(biāo)GB/T8564要求“定子鐵芯平均中心高程與轉(zhuǎn)子磁極平均中心高程一致，其偏差值不應(yīng)超過定子鐵芯有效長度的±0.15%，但最大不超過±4 mm”[3]，并且在改造過程中轉(zhuǎn)子磁極支撐裝置及磁極鐵芯并未進(jìn)行改造，經(jīng)現(xiàn)場確認(rèn)，轉(zhuǎn)子制動環(huán)高程和磁極中心線高程在改造前后未發(fā)生過大的變化(偏差<0.8 mm)，所以，新定子鐵芯高程以改造前轉(zhuǎn)子磁極平均高程為基準(zhǔn)是科學(xué)合理的。

2.1 改造前轉(zhuǎn)子磁極中心線高程確定

機組修前盤車完成后，各項數(shù)據(jù)符合盤車技術(shù)要求，在制動器處于復(fù)歸狀態(tài)下，測量制動器底板基準(zhǔn)點A與轉(zhuǎn)子制動環(huán)對應(yīng)點B的垂直距離m，對測點做好明顯標(biāo)記(見圖2)。

轉(zhuǎn)子吊出后，將轉(zhuǎn)子中心體水平調(diào)整合格，使用水準(zhǔn)儀和卷尺、角尺測量轉(zhuǎn)子96個磁極每個磁極的下線C點、上線D點相對轉(zhuǎn)子制動環(huán)測點B的高差值——n1和p1(同樣，可分別測出n2和p2、n3和p3…………n96和p96)。測量誤差不大于1 mm。則轉(zhuǎn)子磁極中心線E點相對于B點平均高程為

圖2 轉(zhuǎn)子磁極高程測量示意圖

則改造前轉(zhuǎn)子磁極中心線相對于制動器底板基準(zhǔn)點A相對平均高程為h=m+j。

2.2 新定子鐵芯高程確定

葛洲壩電站哈電機組下齒壓板共有132塊，為小齒壓板結(jié)構(gòu)，每塊下齒壓板由2根M20掛裝螺栓及頂絲固定在定子機座上，在疊片壓緊時會導(dǎo)致下齒壓板不同程度的下沉。我們以葛洲壩電站3臺哈電機組改造增容為例，具體說明齒壓板下沉量，詳見表1。

表1 下齒壓板下沉量 mm

由表1可知，最終壓緊后，下齒壓板下沉量均在2 mm左右。

考慮到定子鐵芯安裝時齒壓板下沉情況，所以將新定子鐵芯高程目標(biāo)值提高2 mm，即新定子鐵芯高程比改造前轉(zhuǎn)子磁極平均高程高2 mm。故改造時定子鐵芯中心線相對于制動器底板基準(zhǔn)點A高程目標(biāo)值為H=m+j+2。

葛洲壩電站機組定子鐵芯高度設(shè)計值為1 590 mm，故下齒壓板相對于制動器底板基準(zhǔn)點A的高程目標(biāo)值為：H1=H-1 590/2。

3 定子鐵芯高程控制工藝

定子鐵芯高程與定子鐵芯高度以及下齒壓板高程息息相關(guān)，并且定子鐵芯安裝最終壓緊后是不可逆的，其高度、高程、半徑圓度等質(zhì)量參數(shù)很難做出調(diào)整，所以做好鐵芯安裝質(zhì)量過程控制十分必要。

3.1 下齒壓板安裝控制

根據(jù)確定的下齒壓板安裝高程目標(biāo)值H1，用頂絲和掛裝螺栓調(diào)整下齒壓板，將其壓指上平面高程調(diào)整至計算高程，高程偏差<0.5 mm，單塊下齒壓板的平面度<0.50 mm，相鄰下齒壓板高度差<0.50 mm，各齒壓板壓指同斷面內(nèi)圓比外圓高1～1.5 mm，下齒壓板整圓波浪度<2 mm，下齒壓板頂絲必須完全頂實在機座環(huán)板上，安裝完成后，用沖片檢查下齒壓板的壓指，壓指與齒壓片中心偏差≤1 mm。

3.2 定子鐵芯安裝控制工藝

1)葛洲壩電站哈電機組定子鐵芯由定子扇形片1/2搭接疊裝而成，扇形片由0.5 mm厚的DW270-50低損耗、高導(dǎo)磁、不老化的優(yōu)質(zhì)冷軋無取向硅鋼片沖壓而成，由于扇形片本身存在厚度偏差，導(dǎo)致最終鐵芯高度及高程存在偏差，因此在疊片過程中，根據(jù)測量沖片四個邊角的高度，確定每單段鐵心應(yīng)疊入的是軛部或齒部徑向補償片或不加補償片；根據(jù)每一次預(yù)壓測量的高度，確定再疊片時每鐵芯周向補償片的疊入層數(shù)。疊片過程中鐵芯上下兩段階梯片不能疊入補償片，并且補償片必須放在單段鐵芯中部，不允許出現(xiàn)在連續(xù)的兩端鐵芯內(nèi)。

2)葛洲壩電站定子鐵芯為現(xiàn)場疊片，鐵芯疊片至500 mm、1 000 mm左右高度時各預(yù)壓一次，共預(yù)壓2次，待疊裝完成后，進(jìn)行最終壓緊。最終壓緊后，鐵芯高度很難做出調(diào)整，因此在疊片過程中，需要根據(jù)每次預(yù)壓前后的高度，計算出相應(yīng)的鐵芯壓縮率，來確定最終的疊片高度，以控制最終壓緊后的定子鐵芯的高度及高程。

我們以葛洲壩電站2臺哈電機組改造增容為例，說明定子鐵芯預(yù)壓時壓縮量及壓縮率，為其他改造機組作為參考。由表2可知，定子鐵芯第一次預(yù)壓時壓縮量約為1.7%，第二、第三次壓緊時壓縮量約為1.2%。

壓緊時將定子鐵芯分為6個等分區(qū)，使用6個拉伸器同步多次拉伸，拉伸順序可根據(jù)每次測量的鐵芯高度進(jìn)行調(diào)整。每次壓緊次數(shù)及壓力詳見表3。

3.3 實例說明

以葛洲壩電站3臺哈電機組定子鐵芯安裝為例，定子改造完成后其高程與改造前轉(zhuǎn)子高程偏差，詳見表4。

表2 定子鐵芯安裝時壓縮率

表3 預(yù)壓壓力及拉伸次數(shù)對照表

表4 改造完成后定子鐵芯高程與改造前轉(zhuǎn)子高程偏差mm

該機組定子鐵芯高度設(shè)計值為1 590 mm，根據(jù)國標(biāo)要求，定轉(zhuǎn)子平均高程偏差在±2.4 mm范圍內(nèi)。由表4可知，3臺機組定轉(zhuǎn)子高程偏差均在±2.4 mm范圍內(nèi)，符合國標(biāo)要求。葛洲壩電站哈電機組定子鐵芯改造過程中，按照此方法及工藝對定子鐵芯高程進(jìn)行控制，改造后定子鐵芯高程符合國標(biāo)要求，證明該方法是可行的。

葛洲壩電站哈電機組改造后，機組運行情況良好，定子鐵芯、定子線棒溫度正常，各部件溫度、振擺情況良好[4]，各項運行指標(biāo)均優(yōu)于改造前，有效提高了機組運行安全性及穩(wěn)定性。

4 結(jié) 語

本文以葛洲壩電站哈電機組定子改造增容為例，介紹了定子鐵芯高程確定方法以及控制工藝，驗證了該方法及工藝的正確性和可靠性，證明了該方法具備較強的使用性和推廣價值。國內(nèi)大、中型電站經(jīng)過多年運行后，隨著設(shè)備老化及技術(shù)升級，該方法及工藝可以為其他電站的機組改造提供很好的借鑒。