水轮发电机定子铁芯变形故障分析及处理措施

李雪花

(五华县水土保持推广试验站，广东 五华514400)

1 工程概述

某个电站单位的水轮发电机设备投产于20 世纪70 年代，最初以2×2 400 kW为装机容量，同时水头建设为24 m，该电站的建设形式属于坝后式，设备的型号是SF2500—24/2600，额定的电流流通量为323.3A，电压数据是6.2 kV，马达的转速为每分钟240 转/min。其中，1#发电机组在使用了数年之后，机组设备已经无法以满负荷的状态运行。在对发机组设备中的局部区域进行改良维护之后，在控制温度的情况下，机器能够勉强以满负荷的状态开展功过。电站2#机组内的定子铁芯出现了不同轴的情况，在对定子设备底座进行调整之后，2#机组设备的噪音情况比1#的情况更为严重［1］。

2 在对设备机组进行大规模检修之后出现的故障问题

1)通过观察机组设备内部的定子发现，其中某2个定子上的绝缘层出现了严重的缺损情况，并且定子的铁芯处波浪形弧度偏大，齿压板元件和齿部之间出现脱开的距离大约为3 mm。此外，定子还存在断齿的情况，病情铁芯还存在向内收缩的状况。

2)某些齿压板出现脱开情况的位置上，冲片的厚度极薄，接近纸张的厚度。

3)在转子的正负磁极外表存在短时间内造成的刮擦痕迹，同时钉子铁行中出现了十分严重的波浪，并且波浪处也存在短时间内造成的刮擦伤痕。

4)在设备的下机架有油雾积存，并且设备在日常工作时，上机架的入风口处会出现一些的出风情况［2］。

3 发电机设备的故障原因研究

3.1 出现凹槽或断齿等情况的原因

当发电机运行了一段时间之后，机体的温度会不断升高，机器的定子铁芯在高温作用下体积不断膨胀并出现变形情况，同时铁芯与机械转子的外径并不处于共轴的状态，因此某些气隙比较狭窄的区域会出现一些磁拉力，若磁拉力比较大铁芯部分的变形情况就会逐渐加剧，机械的齿压板和其中的冲片齿将会相互分离，在这样的情况下，齿部会随着激振的速度和频率不断拍打抖动并越来越薄，最终将彻底消失。机械中的硅钢片虽然硬度较大，但却十分同容易碎裂，若机器的激振强劲，硅钢片元件很快就会疲劳甚至出现缺损情况。同时，硅钢片还受到了磁场的旋转力影响，导致元件其中一边出现断裂情况。当硅钢片元件出现断裂之后，会与槽楔、线棒等部分紧密贴合，并且这些元件会按照激振的强度与频率互相摩擦，导致元件出现凹槽形的损伤。

3.2 出现扫镗情况的原因

当发电机械连续不断地工作，机体的温度会持续升高，同时机器中定子铁芯部分会逐渐变成波浪形，还会使定子元件上的冲片和该元件的螺杆逐渐脱离，并且出现定子核心偏离的情况。当元件某些部分受到枪法的磁拉力影响时，铁芯某些部分会朝着内经方向持续收缩，并且元件的气隙也会逐渐缩小。在这样的情况下，元件变形情况将会不断加重，导致铁芯部分和转子元件的外层相互摩擦。

3.3 出现油雾情况的原因

当机器附近的空气存在大量尘埃时，尘埃会与机器中挥发出的油液相互混合依附在定子元件的线圈以及该元件的铁芯部分。随着油雾的即存量不断增加，定子元件上的通风口就会受到阻塞，导致设备无法正常通风散热。

4 解决故障的方案以及方案评价

4.1 解决故障的方案

4.1.1 方案Ⅰ

在检查之后，把损坏的线圈拆卸出来并换上新的线圈，同时对铁芯进行固定。这个方案操作十分简易并且检修速度极快，能够在短时间内修复机械。把机械上的螺栓打开，并对螺栓进行检查调整，完成检查工作后把螺栓再次打紧，同时要把铁芯牢牢固定并压紧，让铁芯上的叠片在工作过程中能够均衡地承受应力。此外，要对定子铁芯中的硅钢片进行检查，并使用清洁剂把齿部完全清洁干净，再使用刀片把上面的冲片零件撬开，取出一块厚度为0.5 mm的环氧板，把齿部的形状描绘在板材上并将环氧板裁剪成齿部的形状，最后使用树脂将裁截好的环氧板完全涂抹，在树脂固定之后，将齿部形状的环氧板插到冲片中。

4.1.2 方案Ⅱ

把定子元件上的铁芯重叠起来，并将其中损坏的线圈拆下来，并患上新的线圈。这个方案属于部分处理方案，主要运用现场能够找到的铁芯进行整圆并对铁芯进行叠装，这样可以在一定程度上解决定子元件分缝结合部位出现漏磁的状况，防止转子发生扫镗故障，但这个方案不能对铁芯的变形情况进行有效处理。同时，发电机设备在长时间工作的过程中，线圈上涂抹的绝缘层受到严重的损伤甚至已经完全老化，因此极有可能会发生绝缘层击穿的状况。在这样的情况下，技术人员必须立即替换线圈，但线圈仍然有可能在机器运转的过程中再次受到磨损。

4.1.3 方案Ⅲ

把定子元件上的铁芯重叠起来，同时对线圈进行增容，修改机械的通风系统，并对下导实施改良。该方案能够完全解决机械的故障，并从根源上解决机械运作过程中温度过高的问题。在替换铁芯的同时，对机器的通风系统进行优化改良，并对机器的下机架部分进行结构整改，能够提升机器散热的效率，使转子与定子在工作的过程中，能够顺利将高温传输带机体之外，遏制发电设备升温过快、温度过高的状况。

4.2 故障应对方案的实施成本与处理用时

各种故障应对方案的实施成本与处理用时见表1。

表1 各种故障应对方案的实施成本与处理用时

4.3 处理故障的策略

1)该电站在对发电机设备进行投产时，没有正确估量生产发展情况，导致装机容量过，当发电设备发出2700 千瓦的电能时，水轮机设备上的导叶仅有70%的开启度。为了彻底解决故障问题，电站必须对设备进行增容。实施增容不需要消耗大量的成本，同时由于发电机设备已投产多年，因此设备中许多元件的绝缘层早已出现老化情况，若反复替换线圈反而会缩短元件的使用寿命，因此采取上文提出的方案三，能够取得比较理想的故障处理效果。

2)实施增容能够显著提升水推力，同时设备上的推力轴在工作过程中能够承受的温度上限也有所提升。同时，把设备中原有的推力瓦拆卸出来，并换上塑料材质的推力瓦，能够使上导系统中的冷却装置隔离出更为清晰的油路，使油液能够顺利进行循环。

3)在实施改造的过程中，技术人员把定子铁芯元件的长度延长为34 mm，有效地降低了磁路原本的饱和程度，同时采取这样的措施还能防止铁芯出现短路情况。如果要采用扩大转自与定子中间的缝隙来进行不畅，就必须同时对励磁进行扩容，但在延长了钉子铁芯元件的长度之后，就不需要再对励磁进行扩容。

［1］杨海乡，曾云军.发电机定子铁芯变形故障分析及处理［J］.电力安全技术，2003(02):17－19.

［2］杨涛.大型发电机定子铁心常见故障的分析及处理［J］.黑龙江科技信息，2012(26):126－127.