某抽水蓄能電站3號機(jī)組磁極墊條處理過程問題解析及處理

胡 棟，胡 偉，王 宇，杜建偉

（國網(wǎng)新源控股有限公司檢修分公司杭州分部，浙江省杭州市 310052）

0 引言

某抽水蓄能電站對于當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻、事故備用起到了關(guān)鍵性作用[5]，由于運(yùn)行時(shí)間較長、部件老化等因素[1]，導(dǎo)致用于脹緊磁極的墊條在運(yùn)行過程中逐漸松動(dòng)凸起，存在較大的安全隱患。

依據(jù)電網(wǎng)調(diào)度的重要性，要求發(fā)電機(jī)組能夠安全、穩(wěn)定及有效運(yùn)行，因而對發(fā)電機(jī)組的健康狀態(tài)提出了很高的要求，務(wù)必及時(shí)消除機(jī)組轉(zhuǎn)子磁極墊條凸起的安全隱患。

1 磁極及絕緣支撐塊概述

1.1 組成部分及工作原理

該抽水蓄能電站3號機(jī)組轉(zhuǎn)子磁極屬于凸極式，24個(gè)磁極通過“T”尾掛接于轉(zhuǎn)子磁軛上，“T”尾槽內(nèi)通過墊條將磁極脹緊，如果出現(xiàn)墊條向上凸起現(xiàn)象［見圖1（a）］，則說明轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過程中磁極松動(dòng)，存在較大安全隱患。相鄰磁極間中部裝配撐塊，主要裝配部件有磁極、墊條、阻尼環(huán)、撐塊等[4]。

如圖1所示，為磁極及撐塊裝配的俯視圖，磁極“T”尾掛接于轉(zhuǎn)子磁軛“T”尾槽內(nèi)，“T”尾端部與“T”尾槽間通過墊條脹緊，可以有效防止機(jī)組在運(yùn)行過程中磁極徑向松動(dòng)。相鄰磁極間垂直方向中間部位裝配撐塊，撐塊與兩邊磁極線圈緊密配合。

圖1 磁極墊條凸起、磁極及撐塊裝配俯視圖Figure 1 Top view of magnetic pole and support block assembly

如圖2所示，為撐塊裝配的側(cè)視圖，主要由玻璃纖維絕緣撐塊本體、剛性固定塊、拉緊螺桿、緊固螺桿等組成。依據(jù)照設(shè)計(jì)原理，該撐塊應(yīng)該在轉(zhuǎn)子吊裝前進(jìn)行裝配，即轉(zhuǎn)子在安裝間時(shí)進(jìn)行撐塊的裝配工作。

圖2 撐塊裝配的側(cè)視圖Figure 2 Side view of support block assembly

1.2 磁極間絕緣支撐塊的作用

對于普遍抽水蓄能機(jī)組而言，轉(zhuǎn)子磁極間不設(shè)置絕緣支撐塊，但該抽水蓄能電站機(jī)組轉(zhuǎn)子磁極掛接后脹緊結(jié)構(gòu)較為特殊，在設(shè)計(jì)之初考慮在相鄰磁極間設(shè)計(jì)絕緣支撐塊。設(shè)計(jì)絕緣支撐塊的目的，其一主要是為了防止磁極繞組在熱態(tài)下受側(cè)向力失穩(wěn)導(dǎo)致?lián)隙冗^大，甚至造成繞組破損，其二是為了防止轉(zhuǎn)子高轉(zhuǎn)速運(yùn)行情況下，磁極繞組在較大側(cè)向力影響下變形。

對于該結(jié)構(gòu)型式的機(jī)組，相鄰磁極間垂直方向中部設(shè)置緊密貼合的絕緣支撐塊對于機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行有一定意義，但在一定程度上增加了檢修工作量。

1.3 設(shè)備主要參數(shù)

絕緣支撐塊主要參數(shù)由電站實(shí)際設(shè)計(jì)而定，但實(shí)際尺寸有時(shí)偏離設(shè)計(jì)尺寸，以下列舉2019年該抽水蓄能電站3號機(jī)組部分磁極間絕緣支撐塊的主要參數(shù)，據(jù)此可對其有更加直觀的認(rèn)識。

2 磁極墊條處理過程問題簡介

按照理論設(shè)計(jì)，當(dāng)機(jī)組在運(yùn)行過程中如果出現(xiàn)磁極墊條松動(dòng)凸起［見圖1（a）］，說明轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過程中磁極松動(dòng)，存在較大的安全隱患，應(yīng)及時(shí)對墊條進(jìn)行更換再緊固處理，主要步驟可為拆卸磁極固定件、松動(dòng)絕緣支撐塊、垂直起吊提升磁極至安裝間、更換墊條、按要求回裝等[6]。在2019年該抽水蓄能電站3號機(jī)組磁極墊條處理過程中，在提升磁極時(shí)發(fā)現(xiàn)即使松動(dòng)絕緣支撐塊依然擋住了磁極阻尼環(huán)（見圖3），導(dǎo)致磁極不能正常提出，必須在磁極提升一定高度時(shí)拆除該磁極兩側(cè)絕緣支撐塊方能解決此問題。

圖3 磁極提升時(shí)阻尼環(huán)被絕緣支撐塊擋住的實(shí)物圖Figure 3 Physical drawing of damping ring blocked by insulating support block during magnetic pole lifting

根據(jù)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)參數(shù)，絕緣支撐塊安裝位置距離上、下基礎(chǔ)面各為約1.50m、2.30m的距離，定、轉(zhuǎn)子空氣間隙約為32.00mm，絕緣支撐塊端部到定子表面距離約為45.00mm。在如此狹小的空間且距離基礎(chǔ)面較遠(yuǎn)的情況下拆卸結(jié)構(gòu)復(fù)雜的絕緣支撐塊絕非易事，無先前經(jīng)驗(yàn)可參考，無合適工器具可利用，是當(dāng)前磁極墊條處理過程中面臨的最大問題。

3 問題原因及相應(yīng)解決方法解析

3.1 問題原因分析

3.1.1 絕緣支撐塊在制造階段質(zhì)量監(jiān)控不到位

該抽水蓄能電站3號機(jī)組轉(zhuǎn)子磁極間的絕緣支撐塊實(shí)際尺寸超出設(shè)計(jì)尺寸，導(dǎo)致其安裝緊固時(shí)端部與阻尼環(huán)水平方向最小距離偏離設(shè)計(jì)值，具體可參見表1。根本原因是該撐塊在制造階段質(zhì)量監(jiān)控不到位，其尺寸未到達(dá)設(shè)計(jì)要求即通過了驗(yàn)收。

表1 某抽水蓄能電站3號機(jī)組部分磁極間絕緣支撐塊的主要參數(shù)Table 1 Main parameters of the insulation support block between magnetic poles of unit 3 of a pumped storage power station

3.1.2 絕緣支撐塊在首次安裝階段過程把控不到位

依據(jù)安裝質(zhì)量控制管理要求，絕緣支撐塊在首次安裝前應(yīng)對其尺寸、外形、重量等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行核算，核算符合設(shè)計(jì)要求后方可按要求安裝。安裝單位在首次安裝絕緣支撐塊前未認(rèn)真核算相關(guān)參數(shù)即進(jìn)行安裝，是相關(guān)責(zé)任未落實(shí)到位的一種表現(xiàn)，也是導(dǎo)致其能夠阻礙磁極阻尼環(huán)的根本原因。

3.1.3 首次安裝過程與檢修過程的大不相同所致

在首次安裝階段，發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子整體處于安裝間并穩(wěn)固，當(dāng)所有磁極均掛接到轉(zhuǎn)子磁軛上并穩(wěn)固后，即可安裝磁極間絕緣支撐塊。此時(shí)，各部件的安裝空間廣闊，不受空間條件約束，安裝過程較易實(shí)現(xiàn)，但較容易忽視部件安裝完成后對安裝尺寸核算問題。原則上應(yīng)在磁極與絕緣支撐塊全部安裝完成后，采用重錘線檢測絕緣支撐塊是否與磁極下部阻尼環(huán)在垂直方向存在重疊部分（見圖4），如存在重疊部分則不符合設(shè)計(jì)要求，判定安裝不合格，務(wù)必對絕緣支撐塊進(jìn)行加工處理再安裝，使之符合設(shè)計(jì)要求。

圖4 重錘線檢測絕緣支撐塊與阻尼環(huán)在垂直方向是否存在重疊示意圖Figure 4 Schematic diagram of overlapping of insulating support block and damping ring in vertical direction detected by heavy hammer line

在檢修階段，發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子整體處于安裝位，同定子間形成的定、轉(zhuǎn)子空氣間隙僅為32.00mm。在此條件下，需要將磁極垂直向上拔出，則需要各部件安裝尺寸嚴(yán)格符合設(shè)計(jì)尺寸，如果絕緣支撐塊的安裝尺寸過大，將會造成磁極無法向上拔出，務(wù)必采取相應(yīng)方法拆卸絕緣支撐塊或阻尼環(huán)來解決此問題。在如此狹小空間、拆卸條件不具備情況下拆卸絕緣支撐塊或阻尼環(huán)實(shí)屬不易，務(wù)必采取科學(xué)、經(jīng)濟(jì)效益可行的方法來實(shí)現(xiàn)，這對檢修工器具、檢修方法、檢修管理提出了更高的要求。

3.2 相應(yīng)解決方法解析

針對以上分析的該抽水蓄能電站3號機(jī)組磁極墊條處理過程所存在的問題，綜合考慮可從以下幾方面采取方式解決。

3.2.1 擴(kuò)大檢修空間，拆卸絕緣支撐塊

對于定、轉(zhuǎn)子正常安裝位狀態(tài)，定、轉(zhuǎn)子空氣間隙設(shè)計(jì)值僅為32.00mm，想要順利拆卸絕緣支撐塊絕非易事，對此可采取擴(kuò)大檢修空間的辦法。擴(kuò)大檢修空間主要是將轉(zhuǎn)子整體吊出至安裝間固定，再進(jìn)行絕緣支撐塊的拆卸工作，其涉及的工作主要有上機(jī)架拆卸吊離、轉(zhuǎn)子端軸解體、轉(zhuǎn)子與軸間傳動(dòng)銷拆卸、300t級轉(zhuǎn)子吊離及機(jī)組軸線檢查調(diào)整等。從檢修工期、經(jīng)濟(jì)效率及安全管理方面考慮，擴(kuò)大檢修空間方法涉及的檢修工作量過于龐大，反而將1次B級檢修等級上升為更高層次的檢修等級，不利于檢修現(xiàn)場的安全、質(zhì)量、工期及經(jīng)濟(jì)等方面管控。從理論方面來講，擴(kuò)大檢修空間法可以在不損壞設(shè)備的情況下解決問題，從實(shí)際方面來講，該方法提高了檢修等級，現(xiàn)實(shí)條件不允許。綜合考慮，在2019年開展的該抽水蓄能電站3號機(jī)組磁極墊條處理工作中未采取擴(kuò)大檢修空間法。

3.2.2 破碎絕緣支撐塊，為磁極阻尼環(huán)讓路

破碎絕緣支撐塊的方法主要是采取某種措施將其破碎，消除阻礙，再更換備用品。結(jié)合絕緣支撐塊安裝位距離轉(zhuǎn)子上基礎(chǔ)面有約1.50m高度的實(shí)際情況，可考慮采用加長桿磁力鉆將絕緣支撐塊破碎，且有先前經(jīng)驗(yàn)可借鑒。在檢修現(xiàn)場實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，破碎絕緣支撐塊法可行，但存在的風(fēng)險(xiǎn)較大，主要有粉塵過大、加長桿振動(dòng)大傷人、進(jìn)度緩慢延誤工期及加長桿穩(wěn)定弱脫落等風(fēng)險(xiǎn)，需要進(jìn)一步采取更加安全的防范手段及改進(jìn)加長桿等措施。

3.2.3 改變磁極阻尼環(huán)尺寸，為絕緣支撐塊讓路

改變磁極阻尼環(huán)尺寸即是在條件允許的情況下，通過銼刀等工具對阻尼環(huán)進(jìn)行打磨，從而確保磁極能向上順利吊出。此方法是目前考慮到的一種最便捷、效率最高的方法，最大的缺點(diǎn)是此方法改變了設(shè)備原設(shè)計(jì)尺寸，在一定程度上對機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行造成隱患。為進(jìn)一步驗(yàn)證此方法的可行度，在實(shí)際工作過程中可采用上述描述的重錘線法檢測絕緣支撐塊與阻尼環(huán)的重疊度，核算出阻尼環(huán)需打磨的尺寸，如打磨尺寸在允許范圍內(nèi)，即可采取此方法。經(jīng)過實(shí)踐證明，核算出需要打磨尺寸的阻尼環(huán)共有18個(gè)，且需打磨尺寸均超過允許范圍，此方法暫不可應(yīng)用于2019年開展的該抽水蓄能電站3號機(jī)組的檢修工作中。

3.2.4 制作優(yōu)良工器具拆卸絕緣支撐塊，為磁極阻尼環(huán)讓路

考慮為磁極阻尼環(huán)讓路，最直接的辦法即是將絕緣支撐塊拆卸并取出。結(jié)合實(shí)際，進(jìn)一步優(yōu)化現(xiàn)有的檢修工器具、檢修方法和管理方式，制作出切合實(shí)際、適用的檢修工器具并采取合適的方法應(yīng)用于現(xiàn)場。通過現(xiàn)場分析，可考慮將磁極提升約1.30m至阻尼環(huán)貼緊于絕緣支撐塊下部并將其固定，目的是騰出拆卸絕緣支撐塊的限定空間，再采用合適的細(xì)長型、可變換型工器具拆卸絕緣支撐塊固定螺桿。

在2019年開展的該抽水蓄能電站3號機(jī)組磁極墊條處理的實(shí)際工作中，制作出了改進(jìn)型工器具，主要有可變換型扳手（見圖5）、細(xì)長型鋼鋸等，通過進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整檢修方法和管理方式，成功拆卸出磁極間中部的絕緣支撐塊（見圖6），且對現(xiàn)場設(shè)備、部件等無任何損傷，破解了狹小空間部件難拆卸等多項(xiàng)難題。實(shí)踐證明，優(yōu)化檢修工器具、檢修方法和管理方式是解決問題的根本辦法[7]。

圖5 可變換扳手Figure 5 Adjustable wrench

圖6 拆卸后絕緣支撐塊實(shí)物圖Figure 6 Physical drawing of insulation support block after removal

4 預(yù)控措施

在2019年開展的該抽水蓄能電站3號機(jī)組磁極墊條處理過程中，由于對轉(zhuǎn)子上的部件進(jìn)行過拆裝工作，為避免安全隱患，需要提前在后期運(yùn)維階段做好預(yù)控措施[2]，主要是對相關(guān)設(shè)備及數(shù)據(jù)進(jìn)行定期檢查及監(jiān)視[3]，詳見表2。

表2 某抽水蓄能電站3號機(jī)組轉(zhuǎn)子定檢及監(jiān)視對照表Table 2 Comparison table of rotor regular inspection and monitoring of a pumped storage power station unit 3

5 結(jié)束語

該抽水蓄能電站3號機(jī)組磁極墊條凸起等問題，通過2019年開展的B級大修工作得到了有效處理，但其處理過程幾經(jīng)曲折，遇到了多項(xiàng)難以攻克的難題。最后，通過認(rèn)真分析、論證，進(jìn)一步優(yōu)化當(dāng)前檢修工器具、檢修方法和管理方式，解決了其根本性難題。修后實(shí)踐表明，所提出并運(yùn)用的解決方案是切合實(shí)際的、有效的，保障了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對今后同類型電站相似問題的處理有相當(dāng)大的借鑒意義[8]。