CCS水电站冲击式机组定子组装技术

2017-11-04程远章

水电站机电技术 2017年10期

关键词：环板叠片冲片

程远章

（中国水利水电第十四工程局有限公司机电安装事业部，云南昆明 650032）

CCS水电站冲击式机组定子组装技术

程远章

（中国水利水电第十四工程局有限公司机电安装事业部，云南昆明 650032）

厄瓜多尔辛科雷（简称CCS）水电站地下厂房装有8台单机容量187.5 MW，额定水头604.1 m的立轴六喷嘴冲击式水轮机组，截止目前是我国生产的最大冲击式机组。机组定子铁心在现场叠装成整圆，铁心外径φ6 800 mm，铁心内径φ5 950 mm，铁心高度2 700 mm，整体组装完成后总重量约为197.316 t。本文详细说明了该类型机组定子组装的施工技术及质量控制注意事项，供同类型机组安装时借鉴。

冲击式；定子组装；施工技术；质量控制

1 工程概况

CCS水电站位于厄瓜多尔纳波省的可卡科多河，距首都基多140 km，电站总装机1 500 MW，电站机组为哈电总承包，其发电机由定子、转子、推力轴承、上导轴承和上机架、下导轴承和下机架、空气冷却器、制动及顶起系统、盖板、各种基础板及其它辅助部分组成，每台发电机设一套CO2灭火系统。

定子机座由钢板焊接而成，由于运输限制定子机座需分瓣运输，在现场组焊。定子铁心叠片和绕组下线在现场进行，现场拼焊后具有足够刚度并能承受各种工况下传递给机座的热磁应力和扭力，具有防止铁心翘曲与定子铁心热膨胀相适应的能力。定子铁心装配由定子扇形片、定位筋、拉紧螺杆、齿压板、定子机座、托块等组成，定子铁心在现场叠装成整圆，铁心外径φ6 800 mm，铁心内径φ5 950 mm，铁心高度2 700 mm。铁心沿轴向共分布64个通风槽，通风槽厚度为6 mm，下齿压板上第一层铁心高24 mm，上齿压板下最后一层铁心高24 mm，中间各段铁心高度均为36 mm（计63层）。定子扇形片分基本片、端片、绝缘片、测温片、补偿片、通风槽片等，定子叠片完成后总重量约为197.316 t。定子主引出线开孔位于-Y轴线，中性点引出线在+Y方向左侧45°方向。

为保证铁心叠片的质量，采用分段压紧措施，共分6次压紧（预压5次）。铁心片每张冲片用2个定位筋及带绝缘套管的穿心螺杆压紧，定子叠片按顺时针进行，并用硅钢片胶粘接成整体，定子铁心最终压紧后需要再进行定子铁心的热压以及磁化试验后最终压紧。

2 定子组装施工流程图（见图1）

图1 定子组装施工流程图

3 中心测圆架安装

按设计图纸要求先进行中心测圆架基础底板的安装，使用外径测量工具测量中心柱直径加工数据，中心柱固定在安装平台上后，精调其垂直度≤0.10 mm/m；

4 定子机座组装

定子机座分四瓣运输至工地，在安装间组圆、调整。使用水准仪测量下环板水平度，采用千斤顶、楔子板以及拉紧器调整定子下环板水平度；使用测圆架测量下环板以及其余各环板的半径，通过在组合块位置加垫的方式调整定子各环板内径。考虑到定子组合缝焊接后定子整体将收缩约2mm，定子组焊前各环板焊前控制尺寸为：下环板半径R3150（+1/+4）mm；中环板和上环板半径R3455（+1/+4）mm，下环板径向平面度≤1 mm，切向水平度≤1 mm/m，下环板整圆平面度≤1 mm，合缝处上平面错牙≤1 mm。合格后将组合块螺栓焊接固定。

定子机座材质为Q235，手工焊条使用厂家到货焊条AWS E7015，气体保护焊条使用厂家到货焊丝ER70S-6。为尽量控制定子机座的焊接变形及焊接质量，除定子机座下环板仰焊缝外，其余焊接应尽量使用气保焊。定子机座在正式焊接过程中采取4名焊工同时、同向、同规范多层多道焊接。现场焊接时执行ASME焊接相关规范及要求。

焊接过程中使用测圆架随时监测和测量定子机座变化情况，并记录。根据实测数据随时调整焊接顺序，直至组合缝盖面焊接完成。

定子机座正式焊缝焊接完成24 h后，采用角磨机打磨焊缝及焊缝两边区域100 mm处，露出金属光泽后进行无损检测，上环板和中环板上表面采用100%VT、100%MT和100%UT，垫板处采用100%VT和100%MT探伤，下环板无损检测标准为100%VT、100%MT和100%UT，对判定不明确的部位使用TOFD进行复检。

5 定位筋安装调整

5.1 测圆架精调整

定位筋调整前需对测圆架中心柱进行精调整，需满足：中心柱的垂直度≤0.02 mm/m；全长垂直度不超过0.05 mm。

5.2 基准定位筋调整及搭焊

首先选+Y右侧第一根定位筋位置作为基准定位筋位置，使用哈电厂家到货专用工具临时将定位筋和托块固定在定子机座上，悬挂钢丝线，测量首根定位筋径向、切向倾斜≤0.05 mm/m，全长不超过0.1 mm；测量定位筋半径值在Φ3 388.5（-0.05/+0.05）mm，径向扭斜｜R1-R2｜≤0.1 mm；检查托块与环板的间隙≤1 mm，以上所有数据合格后将第一根定位筋托块搭焊在机座环板上，搭焊高度3～5 mm，长度4～6 mm。如图2所示。

图2 第一根定位筋调整示意图

5.3 大跨距定位筋调整及搭焊

6等分定位筋大跨距调整时，首先以第一根定位筋为基础，使用铜锤、橡胶锤、托块顶柱及C型夹等工具调整各定位筋，用内径千分尺、弦距测量块测量弦距L=3 378.5 mm，各环弦距允差≤0.3 mm，在同一跨距内上下弦距允差≤0.15 mm；用内径千分尺、测圆架测量定位筋各环半径R=3388.5（-0.10/+0.05）mm，扭斜｜R1-R2｜≤0.1 mm。最后整体复测6根定位筋的各环半径、扭斜、相邻弦距，以上所有数据合格后，将全部托块搭焊在各环板上，搭焊高度3～5 mm，长度4～6 mm。

5.4 其余定位筋调整及搭焊

使用自制带百分表的定位筋弦距测量工具（如图3所示），配合哈电厂家提供的定位筋C型夹、小钢楔调整工具，依次调整定位筋在第1、3、4、5、7位置的弦距偏差｜L1-L2｜≤0.15 mm、内径R=3 388.5（-0.10/+0.10）mm，扭斜｜R1-R2｜≤0.1 mm。以上所有数据合格后将托块搭焊在机座环板上，搭焊高度3～5 mm，长度4～6 mm。

图3 定位筋弦距测量示意图

5.5 定位筋焊接及注意事项

定位筋托块及定位筋满焊焊接过程中，每焊完一遍后使用测圆架和弦距样板检查一次半径和弦距，由焊接工程师根据现场情况采取反变形措施，定位筋满焊完成后使用测圆架测量半径R=3 388.5（-0.15/+0.25）mm，扭斜｜R1-R2｜≤0.1 mm，同高度相邻两筋半径差≤0.30 mm，相邻定位筋弦距读数偏差≤0.30 mm。

在托块满焊及定位筋满焊过程中，当发现个别点出现超差后采用反变形措施无法调整时，应采用磨光机修磨焊接部位，重新调整定位筋后进行焊接。

6 定子下环板穿心螺杆孔加工

将下齿压片按图纸位置整圆摆放在定子下环板上，整圆叠10～20层定子冲片，用整形棒和穿心螺杆孔定位整形棒将冲片槽形及穿心螺杆孔整形合格。用测圆架测量每张定子冲片两点，使用铜锤或橡胶锤调整冲片内径，使其满足R=2975（-0.40/0.60）mm。使用穿心螺杆号孔工具、手锤等标记出定子铁心片穿心螺杆孔在机座下环板上的位置后，拆除定子冲片和下齿压板。钻孔完成后，使用锉刀或抛光片修整穿心螺杆孔加工后的尖角、毛刺。

7 下齿压片安装

将定子下齿压片整圆摆放在定子机座下环板上，用定子冲片检查下齿压板位置的正确性，整圈波浪度≤2 mm，半径偏差≤1 mm，全面检查下齿压片的内外高差H内≥H外、相邻齿压片高差≤0.5 mm，齿压片与定子铁心扇形齿中心偏差≤1 mm，半径偏差≤1 mm以及整圆波浪度，对超差的下齿压片进行处理。利用下齿压片焊在机座下环板上，先搭焊好，用定子扇形片检查合格后再满焊。

8 定子铁心叠装、磁化试验及压紧

8.1 铁心片径向补偿方法

打开定子冲片包装箱，抽测5～10堆冲片，每堆测冲片的四边6点高度，并作记录。根据测量尺寸平均值，确定每单段铁心应叠入的是轭部或齿部径向补偿片或不加补偿片。铁心上、下两段阶梯项号片不能叠入径向补偿片。补偿片的补偿量应均匀放在该段铁心的高度内，在两层同样冲片间只允许安装一层补偿片。相同径向宽度的补偿片不允许安装在沿铁心高度方向连续的两段铁心段内，沿铁心高度方向补偿片应按径向宽度阶梯循环布置。齿部径向补偿片打毛后必须用环氧胶粘在定子冲片上。

8.2 铁心片叠入周向补偿片数量及方法

根据铁心第一次预压测量高度，确定铁心叠片至下一次预压周向补偿位置或不用叠入周向补偿片。周向补偿片用基本定子片。铁心每一段预压后，根据测量高度，由质量工程师重新确定叠片至下一次预压铁心径向补偿层数，确定每段铁心径向补偿片叠入层数，作出径向补偿片叠入表格。

8.3 定子分段压紧及最终压紧

按定子铁心装配图进行定子铁心叠片，叠片时相邻两层按照1/2冲片宽度交错搭接叠装，当叠片高度30 mm左右，每根定位筋对应1个槽样棒和1个槽楔槽样棒，并随铁心叠片高度相应调整槽样棒、槽楔槽样棒高度，保证新叠冲片必须有槽样棒、槽楔槽样定位。

铁心叠片至约 500 mm、1 000 mm、1 500 mm、2 000 mm、2 500 mm、2 700 mm左右高度时各压紧一次；铁心预压紧前，铁片上部铺设二层预压冲片，以免损伤已叠冲片；每次分段压紧铁心前，先将铁心上部槽样棒放入槽底，分段压紧铁心结束后，再将槽样棒重新调整放在正常叠片位置；铁心每次被压紧后，用卷尺测量铁心齿部、槽底及轭部的高度尺寸，铁心波浪度按不超过4 mm进行控制；测量铁心片内径，按铁心半径R=2 975（-0.40/+0.60）mm进行控制，应尽量调整为正偏差。

均布测量定子铁心叠装平均高度L=2 700（+0/+4）mm；铁心波浪度≤4 mm。

8.4 定子铁心热压

定子铁心叠装完成后，使用风管全面吹扫定子通风槽、机座等部位，使用吸尘器、白布等彻底清理定子铁心内部，不允许有任何杂物在铁心内部；检查定子叠片防尘篷，对通风部位进行密闭，在定子机座底部至少300 mm处布置加温设备；定子铁心经过加温冷却至室温后，用液压拉伸器泵组再次压紧铁心，全面复测定子铁心的半径、高度及波浪度。

8.5 定子铁心磁化试验

定子铁心磁化试验是发电机定子铁心硅钢片叠装完成后必须进行的一项重要试验，其目的是检查定子铁心制造和现场安装的整体质量、片间的绝缘是否良好，定子铁心磁化试验以测定铁心单位质量的损耗，铁心轭部、齿部等各部温升值参数综合判断定子铁心的叠装质量，辛克雷水电站定子铁心磁化试验将在磁通密度B=1.0 T，频率f=60 Hz，励磁绕组匝数为80匝情况下进行相关试验，1-8号机组定子在现场组装后，磁化试验一次性通过率100%，合格率100%。

8.6 定子铁心最终压紧

定子铁心磁化试验完成冷却至室温后，用液压拉伸器泵组再次压紧铁心，全面复测定子铁心的半径、高度及波浪度。需满足：a）测圆架垂直度≤0.02 mm/m，全长≤0.05 mm；b）铁心半径 R=2 975（-0.40/+0.60）mm；c）铁心叠装平均高度 L=2 700（+0/+4）mm；铁心波浪度≤4 mm。

经过执行上述方案，厄瓜多尔辛克雷水电站8台机定子现场装配后各项数据均符合设计要求，1号机组定子组装最终压紧后具体数据如表1所示：