某抽水蓄能电站3号机组磁极垫条处理过程问题解析及处理

胡 栋，胡 伟，王 宇，杜建伟

（国网新源控股有限公司检修分公司杭州分部，浙江省杭州市 310052）

0 引言

某抽水蓄能电站对于当地电网调峰调频、事故备用起到了关键性作用[5]，由于运行时间较长、部件老化等因素[1]，导致用于胀紧磁极的垫条在运行过程中逐渐松动凸起，存在较大的安全隐患。

依据电网调度的重要性，要求发电机组能够安全、稳定及有效运行，因而对发电机组的健康状态提出了很高的要求，务必及时消除机组转子磁极垫条凸起的安全隐患。

1 磁极及绝缘支撑块概述

1.1 组成部分及工作原理

该抽水蓄能电站3号机组转子磁极属于凸极式，24个磁极通过“T”尾挂接于转子磁轭上，“T”尾槽内通过垫条将磁极胀紧，如果出现垫条向上凸起现象［见图1（a）］，则说明转子在运行过程中磁极松动，存在较大安全隐患。相邻磁极间中部装配撑块，主要装配部件有磁极、垫条、阻尼环、撑块等[4]。

如图1所示，为磁极及撑块装配的俯视图，磁极“T”尾挂接于转子磁轭“T”尾槽内，“T”尾端部与“T”尾槽间通过垫条胀紧，可以有效防止机组在运行过程中磁极径向松动。相邻磁极间垂直方向中间部位装配撑块，撑块与两边磁极线圈紧密配合。

图1 磁极垫条凸起、磁极及撑块装配俯视图Figure 1 Top view of magnetic pole and support block assembly

如图2所示，为撑块装配的侧视图，主要由玻璃纤维绝缘撑块本体、刚性固定块、拉紧螺杆、紧固螺杆等组成。依据照设计原理，该撑块应该在转子吊装前进行装配，即转子在安装间时进行撑块的装配工作。

图2 撑块装配的侧视图Figure 2 Side view of support block assembly

1.2 磁极间绝缘支撑块的作用

对于普遍抽水蓄能机组而言，转子磁极间不设置绝缘支撑块，但该抽水蓄能电站机组转子磁极挂接后胀紧结构较为特殊，在设计之初考虑在相邻磁极间设计绝缘支撑块。设计绝缘支撑块的目的，其一主要是为了防止磁极绕组在热态下受侧向力失稳导致挠度过大，甚至造成绕组破损，其二是为了防止转子高转速运行情况下，磁极绕组在较大侧向力影响下变形。

对于该结构型式的机组，相邻磁极间垂直方向中部设置紧密贴合的绝缘支撑块对于机组安全、稳定运行有一定意义，但在一定程度上增加了检修工作量。

1.3 设备主要参数

绝缘支撑块主要参数由电站实际设计而定，但实际尺寸有时偏离设计尺寸，以下列举2019年该抽水蓄能电站3号机组部分磁极间绝缘支撑块的主要参数，据此可对其有更加直观的认识。

2 磁极垫条处理过程问题简介

按照理论设计，当机组在运行过程中如果出现磁极垫条松动凸起［见图1（a）］，说明转子在运行过程中磁极松动，存在较大的安全隐患，应及时对垫条进行更换再紧固处理，主要步骤可为拆卸磁极固定件、松动绝缘支撑块、垂直起吊提升磁极至安装间、更换垫条、按要求回装等[6]。在2019年该抽水蓄能电站3号机组磁极垫条处理过程中，在提升磁极时发现即使松动绝缘支撑块依然挡住了磁极阻尼环（见图3），导致磁极不能正常提出，必须在磁极提升一定高度时拆除该磁极两侧绝缘支撑块方能解决此问题。

图3 磁极提升时阻尼环被绝缘支撑块挡住的实物图Figure 3 Physical drawing of damping ring blocked by insulating support block during magnetic pole lifting

根据转子设计参数，绝缘支撑块安装位置距离上、下基础面各为约1.50m、2.30m的距离，定、转子空气间隙约为32.00mm，绝缘支撑块端部到定子表面距离约为45.00mm。在如此狭小的空间且距离基础面较远的情况下拆卸结构复杂的绝缘支撑块绝非易事，无先前经验可参考，无合适工器具可利用，是当前磁极垫条处理过程中面临的最大问题。

3 问题原因及相应解决方法解析

3.1 问题原因分析

3.1.1 绝缘支撑块在制造阶段质量监控不到位

该抽水蓄能电站3号机组转子磁极间的绝缘支撑块实际尺寸超出设计尺寸，导致其安装紧固时端部与阻尼环水平方向最小距离偏离设计值，具体可参见表1。根本原因是该撑块在制造阶段质量监控不到位，其尺寸未到达设计要求即通过了验收。

表1 某抽水蓄能电站3号机组部分磁极间绝缘支撑块的主要参数Table 1 Main parameters of the insulation support block between magnetic poles of unit 3 of a pumped storage power station

3.1.2 绝缘支撑块在首次安装阶段过程把控不到位

依据安装质量控制管理要求，绝缘支撑块在首次安装前应对其尺寸、外形、重量等相关参数进行核算，核算符合设计要求后方可按要求安装。安装单位在首次安装绝缘支撑块前未认真核算相关参数即进行安装，是相关责任未落实到位的一种表现，也是导致其能够阻碍磁极阻尼环的根本原因。

3.1.3 首次安装过程与检修过程的大不相同所致

在首次安装阶段，发电机组转子整体处于安装间并稳固，当所有磁极均挂接到转子磁轭上并稳固后，即可安装磁极间绝缘支撑块。此时，各部件的安装空间广阔，不受空间条件约束，安装过程较易实现，但较容易忽视部件安装完成后对安装尺寸核算问题。原则上应在磁极与绝缘支撑块全部安装完成后，采用重锤线检测绝缘支撑块是否与磁极下部阻尼环在垂直方向存在重叠部分（见图4），如存在重叠部分则不符合设计要求，判定安装不合格，务必对绝缘支撑块进行加工处理再安装，使之符合设计要求。

图4 重锤线检测绝缘支撑块与阻尼环在垂直方向是否存在重叠示意图Figure 4 Schematic diagram of overlapping of insulating support block and damping ring in vertical direction detected by heavy hammer line

在检修阶段，发电机组转子整体处于安装位，同定子间形成的定、转子空气间隙仅为32.00mm。在此条件下，需要将磁极垂直向上拔出，则需要各部件安装尺寸严格符合设计尺寸，如果绝缘支撑块的安装尺寸过大，将会造成磁极无法向上拔出，务必采取相应方法拆卸绝缘支撑块或阻尼环来解决此问题。在如此狭小空间、拆卸条件不具备情况下拆卸绝缘支撑块或阻尼环实属不易，务必采取科学、经济效益可行的方法来实现，这对检修工器具、检修方法、检修管理提出了更高的要求。

3.2 相应解决方法解析

针对以上分析的该抽水蓄能电站3号机组磁极垫条处理过程所存在的问题，综合考虑可从以下几方面采取方式解决。

3.2.1 扩大检修空间，拆卸绝缘支撑块

对于定、转子正常安装位状态，定、转子空气间隙设计值仅为32.00mm，想要顺利拆卸绝缘支撑块绝非易事，对此可采取扩大检修空间的办法。扩大检修空间主要是将转子整体吊出至安装间固定，再进行绝缘支撑块的拆卸工作，其涉及的工作主要有上机架拆卸吊离、转子端轴解体、转子与轴间传动销拆卸、300t级转子吊离及机组轴线检查调整等。从检修工期、经济效率及安全管理方面考虑，扩大检修空间方法涉及的检修工作量过于庞大，反而将1次B级检修等级上升为更高层次的检修等级，不利于检修现场的安全、质量、工期及经济等方面管控。从理论方面来讲，扩大检修空间法可以在不损坏设备的情况下解决问题，从实际方面来讲，该方法提高了检修等级，现实条件不允许。综合考虑，在2019年开展的该抽水蓄能电站3号机组磁极垫条处理工作中未采取扩大检修空间法。

3.2.2 破碎绝缘支撑块，为磁极阻尼环让路

破碎绝缘支撑块的方法主要是采取某种措施将其破碎，消除阻碍，再更换备用品。结合绝缘支撑块安装位距离转子上基础面有约1.50m高度的实际情况，可考虑采用加长杆磁力钻将绝缘支撑块破碎，且有先前经验可借鉴。在检修现场实践发现，破碎绝缘支撑块法可行，但存在的风险较大，主要有粉尘过大、加长杆振动大伤人、进度缓慢延误工期及加长杆稳定弱脱落等风险，需要进一步采取更加安全的防范手段及改进加长杆等措施。

3.2.3 改变磁极阻尼环尺寸，为绝缘支撑块让路

改变磁极阻尼环尺寸即是在条件允许的情况下，通过锉刀等工具对阻尼环进行打磨，从而确保磁极能向上顺利吊出。此方法是目前考虑到的一种最便捷、效率最高的方法，最大的缺点是此方法改变了设备原设计尺寸，在一定程度上对机组安全、稳定运行造成隐患。为进一步验证此方法的可行度，在实际工作过程中可采用上述描述的重锤线法检测绝缘支撑块与阻尼环的重叠度，核算出阻尼环需打磨的尺寸，如打磨尺寸在允许范围内，即可采取此方法。经过实践证明，核算出需要打磨尺寸的阻尼环共有18个，且需打磨尺寸均超过允许范围，此方法暂不可应用于2019年开展的该抽水蓄能电站3号机组的检修工作中。

3.2.4 制作优良工器具拆卸绝缘支撑块，为磁极阻尼环让路

考虑为磁极阻尼环让路，最直接的办法即是将绝缘支撑块拆卸并取出。结合实际，进一步优化现有的检修工器具、检修方法和管理方式，制作出切合实际、适用的检修工器具并采取合适的方法应用于现场。通过现场分析，可考虑将磁极提升约1.30m至阻尼环贴紧于绝缘支撑块下部并将其固定，目的是腾出拆卸绝缘支撑块的限定空间，再采用合适的细长型、可变换型工器具拆卸绝缘支撑块固定螺杆。

在2019年开展的该抽水蓄能电站3号机组磁极垫条处理的实际工作中，制作出了改进型工器具，主要有可变换型扳手（见图5）、细长型钢锯等，通过进一步优化调整检修方法和管理方式，成功拆卸出磁极间中部的绝缘支撑块（见图6），且对现场设备、部件等无任何损伤，破解了狭小空间部件难拆卸等多项难题。实践证明，优化检修工器具、检修方法和管理方式是解决问题的根本办法[7]。

图5 可变换扳手Figure 5 Adjustable wrench

图6 拆卸后绝缘支撑块实物图Figure 6 Physical drawing of insulation support block after removal

4 预控措施

在2019年开展的该抽水蓄能电站3号机组磁极垫条处理过程中，由于对转子上的部件进行过拆装工作，为避免安全隐患，需要提前在后期运维阶段做好预控措施[2]，主要是对相关设备及数据进行定期检查及监视[3]，详见表2。

表2 某抽水蓄能电站3号机组转子定检及监视对照表Table 2 Comparison table of rotor regular inspection and monitoring of a pumped storage power station unit 3

5 结束语

该抽水蓄能电站3号机组磁极垫条凸起等问题，通过2019年开展的B级大修工作得到了有效处理，但其处理过程几经曲折，遇到了多项难以攻克的难题。最后，通过认真分析、论证，进一步优化当前检修工器具、检修方法和管理方式，解决了其根本性难题。修后实践表明，所提出并运用的解决方案是切合实际的、有效的，保障了机组的安全稳定运行，对今后同类型电站相似问题的处理有相当大的借鉴意义[8]。