一起发电机定子铁芯松动故障分析与处理

周文良

(中国华电集团有限公司望亭发电厂，江苏 苏州 215155)

0 引言

某电厂1号机组发电机为通用电气公司生产的390H-V942型全氢冷发电机。2017年3月，在发电机抽转子检修时发现定子铁芯松动，部分通风槽钢断裂，铁芯被击伤。经统计，该机组从上次大修后至2017-02-26中班停机检修，累计运行2 949 h，启动次数136次。

1 状态评估和修理方案选择

1.1 发电机定子状态评估

经检查，发电机定子铁芯通风槽钢有6根飞出，7根断裂。发电机定子膛内有多处铁芯被断裂飞出的通风槽钢击伤，如图1所示。

发电机定子线圈未发现击伤，定子直流电阻、绝缘电阻、交直流耐压试验按DL/T 596—1996《电力设备预防性试验规程》均合格。

1.2 修理方案

要解决铁芯松动问题，必须将线圈全部拆除、重新更换损坏部件并重新叠压，其关键处理工艺在于叠压。针对这个问题，有3种处理方案：

(1) 定子返厂修理；

(2) 定子整体更换；

(3) 定子现场处理。

前2种方案处理比较彻底，可以在制造厂内进行。发电机定子铁芯都是竖直叠压的，但受到电厂现有汽机房行车起重能力和起吊高度限制，现场不具备定子起吊条件，国内也没有定制、使用专用竖式起重机械的经验。经综合考虑，决定采取用1 000 t卧式油压机在现场叠装修复的方案。

图1 发电机定子膛内情况

在整个施工过程中，一共进行了3次铁芯叠压(松开定位筋螺母后、叠片后冷压和加热后热压)、3次铁损试验(铁芯修复前、铁芯修复后和打槽楔后)、4次加热固化(铁芯冷态压紧后、下层线圈安装后、上层线圈安装后和最后完工后)、4次定子线圈耐压试验(第1次是对已拆出的定子线圈逐根耐压试验，以决定留用数量和更换数量；第2次是定子复装下层线圈就位后耐压试验；第3次是上层线圈下完线后，定子进行上、下层线圈整体耐压试验；第4次是所有定子安装工序完工后，进行三相分相交流耐压试验，并在1.05UN下观察整机电晕情况）。

2 解体检查

2017-04-01至2017-05-19，对1号发电机铁芯进行解体检查，拆除汽侧、励侧两端压圈、压指和阶梯段铁芯。铁芯解体发现的情况如图2，3所示。

图2 压圈上定位筋横断面压痕

图3 汽侧压圈

2.1 解体过程中发现的铁芯问题

(1) 在汽侧压圈18个螺孔中，从励侧方向观察，共有7个螺孔有压痕(见图3a灰色圆圈部分)，压痕深1—2 mm不等，压痕形状与定位筋横断面形状吻合。经分析，认定该部分压圈在制造厂压制时压到了定位筋。

(2) 将汽侧、励侧两端冲片拆出后，发现中间轭部有通风槽钢压痕(见图4)，齿部及背部无压痕。

图4 冲片压痕

2.2 原因分析

390H发电机的铁芯由154个本体铁芯段(约202 356个铁芯冲片和2 790个通风槽钢)和汽、励两端每侧6个阶梯铁芯段(约8 352个铁芯冲片和90个通风槽钢)叠装而成。制造时，铁芯叠压是垂直进行的；叠装时，需要对铁芯片进行周期性压紧操作。铁芯的压紧力是通过汽、励两端压圈和18根定位筋来维持的。

对解体过程中发现的问题进行如下分析。

(1) 安装压圈上有压痕的6根定位筋偏向了汽侧，使定位筋横断面高于其他12个定位筋横断面；同时，冲片叠的长度不够使压圈直接压在定位筋鸽尾上，实际上并没通过压指压紧铁芯，造成整个铁芯未能按设计要求压紧，这是引起铁芯松动的根本原因。汽端端部阶梯型硅钢片(即项号片)松动，硅钢片磨损产生铁粉，遇油成泥状，硅钢片失去紧力后振动加剧，导致通风槽钢疲劳开裂，甚至飞出。

(2) 冲片是由一定宽度的硅钢板卷材冲制而成的，矽钢板在扎制过程中就存在中间厚、两边薄的问题，冲片冲制的方向正好与其一致，从而使冲片轭部厚和齿部、背部薄。如果在叠装时不采取措施，就可能出现铁芯齿部和轭部松的情况。

3 采取措施及处理过程

3.1 铁芯击伤和松动的处理措施

铁芯击伤后，可通过铁损试验确诊位置，再采取酸洗、插片、涂胶、固化处理，消除短路点。

铁芯松动后，可采取以下2项措施，解决汽端压圈没有压紧铁芯及铁芯齿部、背部松的问题。

（1）加长铁芯。与原尺寸相比，修复后的铁芯长度平均加长14 mm，其中：励端平均加长4 mm，汽端平均加长10 mm，具体数据如表1所示。

表1 铁芯修复前后的长度 mm

(2) 补偿垫片。在阶梯段汽、励端各加3层背部垫片(厚度共约1 mm)作为铁芯背部补偿冲片；汽端加1层齿部楔形垫片，作为铁芯齿部补偿垫片。

3.2 铁芯的主要修复过程

取出全部线棒后，做第1次铁损试验。励磁线圈9匝接6 kV电源，电流275 A，磁通1.4T，试验时间60 min。通过红外热成像仪发现铁芯有6处过热点，均位于通风槽钢击伤部位，做好标记，等待处理。

用卧式油压机加压910 t，在保压情况下将发电机两端定位筋螺母松开。去掉加压装置后，用特殊工装吊出汽、励两端大压圈。更换汽、励两端阶梯铁芯(即项号片)；更换汽、励两端第1段主铁芯；按工艺规程修理上述6处发热点。回装大压圈及加压装置(见图5)，先在室温下加压至910 t，保压把紧定位筋螺母，然后将铁芯加热至130—140 ℃，热态下再次加压至910 t，把紧定位筋螺母并锁死。加热目的是使新换铁芯冲片漆膜收缩，使项号片固化后贴接。

拆出卧式加压工装后，做第2次铁芯磁化试验。经处理后，原6处热点已经全部合格达标。打完定子槽楔后，做第3次铁损试验，修复后的铁芯质量为优良。

图5 发电机铁芯卧式叠压

4 运行效果检查及评估

2017-07-12，该发电机重新投入运行；2018-05-07，该发电机停机抽转子。经该电厂和修理方联合检查，得出以下结论：

(1) 经过近10个月的运行，定子铁芯直线段未发现松动，原过热点已消除，温升正常，未发现新的过热点；

(2) 受现场施工工艺条件及工期紧张限制，修复后的定子绕组渐伸线局部绑紧带和垫块有松动迹象。待记录位置后，再对其重新加固处理。

总体而言，此次定子铁芯松动修理是成功的。

5 结束语

定子铁芯故障是发电机的典型故障之一，常见的定子铁芯故障有端部铁芯松动、端部铁芯断齿、端部铁芯通风槽钢断裂、铁芯运行时噪声大、穿心螺杆松、铁芯定位筋螺母松动、铁芯硅钢片短路熔化等。若铁芯松动或短路太严重，现场将难以将其修理；对大型发电机而言，定子运输、定子安装的成本很高，也很困难。而大部分铁芯故障与制造工艺有关，在新机制造工艺中，定子铁芯质量是关键，现场重新收紧铁芯难度较大，应在监造过程加强技术监督。新机运行1年后的首次大修应对铁芯进行重点检查。

提出定子铁芯击伤和松动后的处理措施，可有效解决铁芯短路及汽端压圈没有压紧铁芯、铁芯齿部和背部松动等问题，为一线人员解决类似问题提供了参考。此外，现场修复进口原装大型燃气轮机发电机的定子铁芯技术难度很大，在国内外均为罕见，此次处理经验可供同类发电机借鉴。