宜兴抽水蓄能电站磁极挡块开裂原因分析及处理措施

宋晋红，蒋明君，狄洪伟，徐 伟，蒋洁青

（华东宜兴抽水蓄能有限公司，江苏省宜兴市 214205）

宜兴抽水蓄能电站磁极挡块开裂原因分析及处理措施

宋晋红，蒋明君，狄洪伟，徐 伟，蒋洁青

（华东宜兴抽水蓄能有限公司，江苏省宜兴市 214205）

抽水蓄能机组一般都安装有磁极挡块，本文对宜兴抽水蓄能电站上中下挡块参数进行了描述，对受力情况进行了分析，对中部挡块开裂故障进行了细致的分析，并叙述了采取的改进方案和措施。

挡块；开裂；分析

0 引言

江苏宜兴抽水蓄能电站（以下简称宜兴电站）安装 4台单机容量 250MW立轴单级混流可逆式抽水蓄能机组，机组是加拿大GE公司生产的ATI/TS-W型，额定转速为375r/min，机组均于2008年投入商业运行。机组在2009年B级检修甩负荷试验后，发现部分磁极中部挡块存在不同程度的裂纹，而上下部挡块则完全正常，宜兴电站立即组织进行分析处理，更换改进后的中部挡块后运行正常。

1 情况介绍

1.1 磁极挡块参数

宜兴电站磁极挡块采用的是GE公司的G11材料，其各项性能参数检测见表1，各参数要求均满足技术协议要求。

表1 磁极挡块参数表

续表

1.2 磁极挡块结构

宜兴电站磁极挡块采用环氧块全支撑结构，上部挡块与下部挡块结构相同，结构图如图1所示，上下部挡块的环氧支撑块与不锈钢块采用拉紧螺杆（M24内六角）连接，不锈钢块内部有螺纹孔，安装时涂抹乐泰242胶水，施加170Nm力矩，安装好后用锁定螺杆（M10内六角）锁紧拉紧螺杆（螺杆中部有24mm范围的六棱柱结构，用于锁定），安装完毕后，环氧支撑和磁极线圈间留有0～0.5mm间隙。因此，环氧支撑和不锈钢块紧密接触，环氧支撑和磁极线圈则留有间隙。

图1 上下部挡块结构图

图2 中部挡块结构图

中间挡块结构异于上下部，结构图如图2所示，由于安装上部及下部挡块都需力矩扳手，如果中部挡块设计和上下部一样，则安装拉紧螺杆和锁定螺杆需要1.5m长的力矩扳手，非常不利于施工，而且对于较小的锁定螺杆来说，扳手头部内六角非常容易断裂，故中部挡块采用另外一种结构，环氧支撑头部设计一凹槽，凹槽内放一不锈钢块（中间有M30内螺纹），用1m长的M30螺杆与转子中心体处螺母相连，为保持环氧支撑与线圈的间隙，螺栓不施加力矩，仅仅将环氧支撑拉近接触线圈即可，然后螺母用锁片锁住。

2 原因分析

2.1 上下部挡块受力分析

机组运行时，转动部分以375r/min的转速运行，上下部挡块的不锈钢块压紧磁极线圈的绝缘护板，环氧支撑由不锈钢块提供向心力，施力点在螺栓头部，其受力示意图如图3所示，方向指向大轴中心，受力区域见图红色部位所示。由于受力均匀且是正压力，即使机组甩负荷，转速达到500r/min，F向心力还是不足以破坏环氧支撑。

2.2 中部挡块受力分析

机组运行时，中间挡块受到一个支撑其转速的向心力，该力的作用部件是拉紧螺杆，通过挡块凹槽内的不锈钢块来传递，其受力如图4所示，红色区域为受力区域。若受力正常，则环氧支撑不会被破坏。

现场拆出的挡块实物显示凹槽内不锈钢块和环氧支撑的接触面并不是红色区域，而是侧面和弧形角处，则不锈钢块与环氧支撑在机组运行时在圆弧面受力，该力可分解为正面向心力和侧面推力，其受力如图5所示，在机组高速运行后，挡块极易开裂。

2.3 原因分析

图3 上下部挡块受力示意图

图4 中部挡块设计受力示意图

G11环氧支撑密度为1853.8kg/m3，中部挡块体积为1377.38cm3，则其重量为2.26kg。转子直径为5340cm，磁轭外径为4735cm，挡块径向长度为215cm，凹槽深度为70cm，挡块安装在磁极线圈中部，则取挡块向心力受力处半径为5000cm。机组甩负荷过程中，机组转速最高升至额定转速的134.759%，即超过505r/min。依据向心力公式计算，此时向心力超过7800N，如果不锈钢块与环氧支撑在在圆弧面受力，则环氧支撑会受到很大的侧向力，接触面受力方向与径向角度越大，侧向力也越大。

图5 中部挡块实际受力示意图

综上分析，可以确定中部挡块产生裂纹的原因为：不锈钢块和环氧支撑存在间隙导致受力在侧面及弧形处，对挡块形成两个F侧向拉力，而且由于凹槽较深，力矩较大，最终导致环氧环氧支撑裂纹的产生。

而产生间隙原因有两个，一是加工精度不高，导致配合不好；二是现场装配工艺不当，没有进行修磨。

3 处理方法

对4台机组挡块进行全面检查，并将所有中部挡块取下，更换新型挡块，新型挡块的凹槽部分较浅（深度新型为40mm，旧的为70mm），以减小安装精度要求，在安装前，对不锈钢块的弧形角处进行了加工，削去一部分，并对其侧面进行打磨，保证安装后不锈钢块与环氧支撑块正面的良好接触，其侧面有一定间隙（为防止振动，在侧面及正面接触面都刷一层环氧），同时保证倒角处不锈钢块和环氧支撑完全不接触，当机组正常运行或甩负荷时，环氧支撑块受的主要的力就是不锈钢块提供的径向正压力，而侧面基本不受力，断绝了侧向剪切力的根源，从根本上杜绝了挡块裂纹的产生。

改进后，宜兴电站机组运行了5年多，未发现有任何挡块缺陷、故障问题。

4 结束语

该事件带给我们以下一些经验与启示：

（1）现场安装并不一定能达到设计精度，要求施工人员和验收人员要了解所安装配件需达到的功能以及相互配合的目的，在安装时无法达到设计精度时，改进施工工艺，从而实现配件功能。

（2）设计单位应充分考虑现场施工情况，对现场施工工艺难度大、精度要求高、预留裕度小的设计进行改进，降低施工难度。

（3）发电电动机应定期特别是甩负荷后进行挡块检查，检查挡块开裂情况、检查螺栓有无松动，一般可利用内窥镜进行检查，并拍照记录以便下次检查对比分析，必要时可拆下挡块检查。

宋晋红（1962—），女，大专，工程师，从事抽水蓄能电站技术管理工作。

蒋明君（1981—），男，本科，工程师，从事抽水蓄能电站电气设备技术管理工作。

狄洪伟（1980—），男，本科，高级工程师，从事抽水蓄能电站电气设备技术管理工作。

徐 伟（1977—），男，本科，工程师，从事抽水蓄能电站运维管理工作。

蒋洁青（1982—），女，本科，工程师，从事抽水蓄能电气设备管理工作。

The Analysis and Treatment of the Pole Stopper Cracking on Yixing Pumped Storage Power Station

SONG Jinhong，JIANG Mingjun，DI Hongwei，XU Wei，JIANG Jieqing（East China Yixing Pumped Storage Co.Ltd.，Yixing 214205，China）

Pumped storage units are generally mounted with a magnetic block.This paper described the lower block parameters in Yixing Pumped Storage Power Station，analyzed the stress，analyzed cracking failure in the central block，and described the improvement scheme and measures.

pole stopper；cracking；analysis