万家寨水电站发电机定子改造组装

王伟博，栾少帅

（黄河万家寨水利枢纽有限公司，山西 偏关036412）

1 引言

万家寨水电站位于山西省和内蒙古自治区交界的黄河干流上，电站装机6×180MW，设计年发电量27.5亿kW·h，截至2014年，万家寨6台机组已经运行超过15年，在运行中发现转子温升偏高和定子铁心冲片向内窜出割破定子线棒绝缘两大问题，直接威胁着电站的安全稳定运行。针对问题，2014年制造厂家对发电机进行了设计改造，2018年4月全部机组完成改装。

2 发电机定子结构特点

根据原机组运行中出现的问题，本次改造将发电机定子铁心外径由原机的Φ12800mm调整为Φ12900mm，增加定子铁心轭部尺寸以便采用穿心螺杆压紧结构，内径φ12130mm，长1850mm，540槽。定子铁心冲片采用0.5mm厚的优质硅钢片50W250。在定子铁心端部的第1段冲片的轭部增加绝缘销以增强对端部定子扇形片的限位作用。定子绕组的线规、定子铁心槽形尺寸均较原机组有所改变，使得调整后的定子绕组电流密度、热负荷较原机组有所下降，以改善定子绕组和铁心温升。除上述改变外，改造后发电机的其他主要参数均同原机组一致。

定子机座采用大齿压板（下环）结构，分6瓣，各层环板通过钢管、盒型筋及立筋焊接组成，每瓣外形尺寸：7325mm×1916.67mm×3195mm、重量19t，在电站组装焊接，利用小合缝板和定位销钉，保证各部尺寸准确。因本次改造定子铁心外径放大了，为保证定子机座的刚度，机座外径放大50mm（由原来Φ14600mm变为Φ14650mm）。

3 定子机座组合和测圆架安装

定子组装工作在厂房主安装间进行。改造前，先将定子机座的工地焊接坡口面及附近至少50mm范围内的锈蚀、油污、焊渣等杂物进行清理干净，并打磨出金属光泽。

组装时，先将定子机座的坐标基准线、轮廓线在主安装间定子检修工位上划出，确定中心柱位置后安装中心柱，并保证安装误差半径不大于3mm，调整其垂直度不大于0.05mm/m。将放有楔子板的支撑支墩放置到位，调整各对楔子板顶面高程偏差不大于2mm；按标记将分瓣定子机座吊装到布置好的楔子板上，调整机座下环表面平面度不大于4mm。然后分次把合各合缝螺栓逐渐调整定子机座，直至所有尺寸满足各半径公差要求后拧紧合缝螺栓。在每条合缝处装焊2块工艺加固板，下环装焊4块工艺加固筋，每道合缝处用3个楔铁塞紧。初步调整结束后，重新调整中心柱。测量中心柱在定子机座铁心段高度范围内均匀分布的3点外径，取其平均值作为中心柱的实际直径尺寸。

4 定子机座焊接

焊接前，各合缝两侧各放置1个加热器进行预热。在定子机座下环板每瓣端部和中点的水平和径向各放置1块百分表测量焊接前各半径尺寸。

对除底层、表层焊缝外的其余各层焊缝逐层进行锤击以减少焊缝的残余应力。由4名焊工圆周均布同时、同向、同速、同规范镶边多道多层对称焊接。先焊接上、中环，每焊1/3坡口深，全面测量1次，根据结果调整顺序。再焊接下环焊缝，将大坡口面焊至1/3，在背面清根、打磨、PT探伤合格后，将背面坡口焊至1/2，然后焊接大坡口面的焊缝，如此循环直至焊缝全部焊接结束。最后依照上、中环焊接方法焊接顶环。焊完后打磨焊缝表面，24h后进行UT探伤。合格后清除合缝处所有的加固筋及临时支撑，并补焊磨平后做PT探伤检查。

5 定位筋安装

定位筋是固定、定位定子铁心冲片的主立筋，叠片前通过将定位筋与托块间缝隙塞紧的方式固定定位筋，新定子共135根定位筋。

5.1 基准定位筋安装

选+Y处定位筋位置作为基准（1号）定位筋。将基准定位筋装入调筋工具中，通过调筋工具来调整其内径，测量调整定位筋径向、切向倾斜＜0.05mm/m，径向扭斜＜0.10mm。定位筋位置确定合格后，用楔铁将1号定位筋的全部托块间间隙塞紧后搭焊在机座上。

5.2 安装 9 等分定位筋

先将定位筋大跨距9等分，各等分误差＜0.30mm，同一跨距内各处允差＜0.15mm。测量比较其他8根定位筋与1号定位筋搭焊内径，遵循“先半径，后弦距”的原则对定位筋逐步调整，直至半径和弦距都符合要求。全部调整合格后，将定位筋托块搭焊牢固。

5.3 安装大等分区间内定位筋

再次平分第1跨距内（1～15号）定位筋，遵循“先半径，后弦距”循环往复的方式安装7号鸽尾筋，再安装其余定位筋。重复第1跨距内定位筋的安装方式，安装其他剩余定位筋。全部定位筋安装完毕后，复测半径和弦距，满足各处偏差要求。

5.4 托块满焊

为减少焊接应力的影响，托块焊接先径向后周向，径向焊缝由内向外焊接并逐层进行，周向焊缝顺时针焊接，径向焊缝起点离机座内径5～10mm。托块与机座各环板先焊中间各环板托块焊缝，再焊两端各环板托块焊缝。所有托块焊缝遵循以下要求：

根据机座内圆大小及定位筋数量，圆周均布分配4名焊工沿顺时针方向施焊；在托块径向第1层焊缝满焊前，各定位筋利用楔铁、定位筋弦距双头顶柱固定牢固，并检查调整各项尺寸满足要求后将第1层焊缝满焊；托块径向第1层焊缝冷却后，按焊接顺序将定位筋弦距双头顶柱拆下后装于后续各环板处，检查调整定位筋各项尺寸到位后再将该环径向第1层焊缝满焊；第1层满焊完毕后，利用楔铁和双头顶柱调整超差测点，满足要求后再满焊第2层径向焊缝。

5.5 机座大齿压板上穿心螺杆孔加工

按图纸在机座大齿压板上叠放下齿压片和10层定子冲片并整形合格，检查调整冲片内径；通过冲片上穿心螺杆孔画出孔洋冲眼加工线，拆出后加工所有螺杆孔，并修整尖角、毛刺。

5.6 装焊下齿压片

将下齿压片准确摆放在机座上并调整平面度，以定位筋为基准，将下齿压片搭焊在机座大齿压板上，调整下齿压片整圆波浪度≤2mm，相邻齿压片高度差≤0.5mm，齿压片与齿中心偏差≤1mm，用定子扇形片检查合格后再满焊，焊完后彻底清理并喷漆。

6 定子铁心叠片

铁心整圆由45片组成，共50段，每段之间有通风槽片，采用3等分叠压方式。

6.1 铁心检查及测量计算

叠装前，抽测5堆冲片的内外边4点高度，根据测量平均值，确定每段铁心补偿片层数和补偿位置。两层同样冲片间最多安装1层补偿片，齿部径向补偿片必须打毛后用环氧胶粘牢。

6.2 铁心叠装

叠装定子冲片前，在压指与第一层端部冲片之间均匀涂1层二硫化钼润滑剂，以减小摩擦力。每层定子端片之间用硅钢片胶粘接成整体，并安装绝缘销。每段叠完后进行下列工作：

在定位筋根部放置垫块，用铜锤打垫块，靠紧冲片，并用整形棒整形；测量铁心内径满足测量调整单段铁心长度为b±0.5mm；在叠片到下一环板前，及时取出当前环定位筋和托块间斜楔；记录每段定子冲片、补偿片叠入层数及位置，作为后续叠片依据。

6.3 铁心分段预压

铁心叠片500mm、1000mm、1500mm左右高度时各预压1次，拉伸器泵组布置及松开顺序为6个对称分布并顺时针进行；每次压紧铁心时将铁心槽样棒调至槽底，压完后再重新调整至叠片位置；预压前，利用钩形扳手顺时针循环将所有预压螺母把紧；为防止端部冲片滑移和产生波浪度，全部螺母把紧逐圈进行，预压螺母每次旋转拧紧不得超过2圈。逐步提升油泵油压，分步拉伸直至全部螺母把紧，使预压螺杆达到预紧力；用拉伸器泵组逐圈多次循环逐步拉伸松开全部预压螺母。

6.4 铁心最终压紧

铁心叠片全部完成后，按图纸安装各部零件；调整穿心螺杆绝缘电阻≥15MΩ；利用整形棒和通槽棒将铁心槽逐槽检查整形使能顺利通过；铁心最终压紧按分段预压方法顺序进行；每次拉伸器泵组全部拉伸把紧1圈后，调整上齿压板顶丝使其保持水平，再进行下一次拉伸把紧和相应调整上齿压板水平。全部拉伸把紧穿心螺杆达到伸长值后，调整上齿压板水平，再一次把紧铁心，最后均布抽测10%穿心螺杆伸长值符合图纸要求；压紧完成后拔出全部槽样棒、槽楔槽样棒。

定子叠装全部工作完成后，彻底清理定子铁心。检查铁心波浪度≤8mm，因热压后铁心长度将缩短，铁心长度尽量向正公差靠近。用紧量刀片检查冲片齿部紧量，单手用力推入深度＜3mm。圆周均布抽测10%穿心螺杆伸长值，伸长值为 2.55～2.9mm。

7 结语

万家寨电站6台发电机定子进行整体更换改造后，解决了发电机在运行过程中定子铁心端片向内窜出割破定子线棒绝缘问题和温升过高问题，使机组平稳经济运行。本次万家寨电站定子铁心现场组装，按照机座组圆对称往复焊接和铁心预压采用液压逐圈整体压紧的既定方案，保证了机座、铁心受力均匀和尺寸的精度把控。万家寨电站定子改造的顺利完成，为后续机组改造及其他电厂类似机组的施工积累了一定的经验。