广东某抽蓄电站转子浮动磁轭的安装要点及注意事项

仝红丽，李兴邦

(1． 黑龙江哈电多能水电开发有限责任公司，哈尔滨 150040；2． 哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨 150040)

0 引言

抽水蓄能电站被称为水电“皇冠上的明珠”。广东某抽蓄电站地处湛江中部，电站地下厂房安装6台单级立轴可逆混流式机组，总装机容量2 400 MW。电站属700 m高水头大容量纯抽蓄电站，在广东电网中承担调峰、填谷、调频及紧急事故备用等任务。

该蓄能电站机组磁轭共有10段整圆环锻件，每段磁轭高度350 mm，每段磁轭间有通风沟，高度75 mm。磁轭整体安装后，多段磁轭通过拉紧螺杆牢靠固紧成为一个整体，降低磁轭残余变形，并采用通风沟加工定位止口等方式，保证磁轭的整体性、强度和刚度，防止机组运行过程中磁轭的松散和变形。

转子磁轭作为磁路的一部分，也是固定磁极的结构部件，受力情况复杂。磁轭装配质量的优劣，会影响到机组的振动摆度，关系到机组的长期安全稳定运行[2]。该浮动磁轭结构，在国内单机容量最大的抽蓄电站上首次应用。该抽水蓄能机组多项技术指标国际领先，标志着中国水电装备制造行业，在超高水头、超大容量、超高转速的抽水蓄能机组研发、设计、制造上达到了世界最先进的水平。

哈电生产的发电电动机结构型式为立轴悬式封闭自循环空气冷却三相凸极同步发电电动机。发电电动机主要技术参数如下。

发电机工况容量：445 MVA

电动机工况出力：431 MW

发电机工况额定功率因数：0．9

电动机工况额定功率因数：0．975

发电机工况旋转方向：俯视顺时针

电动机工况旋转方向：俯视逆时针

额定电压UN：20 kV

额定频率fN：50 Hz

额定转速nN：500 r/min

飞逸转速nN：725 r/min

相数m：3

接线方式：4Y

定转子绕组绝缘等级：F

推力负荷：950 T

冷却方式：全空冷

飞轮力矩GD2：≥5 150 tm2

1 浮动磁轭设计结构及优点

1.1 浮动磁轭设计结构介绍

磁轭与转子支架(发电机大轴)的配合设计，一般分为热态磁轭结构和浮动磁轭结构。浮动磁轭结构的特点是分离转速可以低些，紧量可以小些。磁轭和转子支架在静止时径向为间隙配合。打键时磁轭不需加热，转子支架径向受力小，重量可以减轻。

发电机在正常和过速运行时，浮动磁轭可以自由膨胀并与支架保持同心，对其整体性要求比径向键固定的更高。对螺杆强度要求较高。螺杆孔与螺杆的间隙较大，运行时螺杆不承受剪力作用。国际上瑞典ASEA公司制造的水轮发电机转子多采用浮动磁轭切向键的结构[1]。近些年东芝的浮动磁轭结构在电站运用的比较多。转子磁轭、转子风扇及转轴三维图如图1～图3所示。

图1 转子磁轭三维图

图2 转子风扇三维图

图3 转轴三维图

1.2 浮动环形磁轭的结构优点

环形磁轭相对于传统扇形叠片结构而言，它的整体性和刚度较好，能承担更大的磁极离心力，可以有效提高转子运行的安全稳定性。由于有较高的稳定系数，适用于高转速水轮发电机组和大容量抽水蓄能机组。

环形磁轭在厂内分段制作，磁轭内外圆经数控机床精加工，提高了磁轭外圆圆度和磁轭外圆轴线直线度，保证转子磁轭圆度的要求。使发电电动机的空气间隙更均匀，提高了机组的运行稳定性。现场只需挂装磁轭段，通过桥机吊装，减少现场叠片工作量。

转子高速旋转运行时，单位时间内应力交变次数多，交变力幅值大，磁轭、磁极本身承受的离心力较大，采用环形磁轭结构能较好解决疲劳问题。环形磁轭消除了叠片磁轭片间移动及残余变形问题，可忽略不平衡磁拉力引起的磁轭的椭圆变形。

浮动磁轭转子支架受力简单，没有转子支架静止工况下热加电的应力，可降低转子支架的材料等级。不但可以简化设计、提高转子支架和磁轭的设计水平和质量，而且还可以节约材料和安装周期。

在转子磁轭具有足够的刚度，磁轭副键数量合适的前提下，在圆周方向上设置成对的楔形键。在这种辐射型布置的多对磁轭副键的限制下，机组运行时磁轭只能同心伸缩。机组停机冷态下转轴和磁轭不受径向力。这种磁轭副键结构简单，现场组装方便。

浮动磁轭打键时不需加热，没有安装加热设备(加热板、温控设施等)需求和保温设备(苫布等)及措施，相应减少装配工时。工作效率高，零部件便于拆卸装配，工艺过程易控制，质量易保证。

（2）大纵坡桥梁应该结合工程的实际情况，选择合适的施工位置，并且根据曲线行驶的特点来实施分联布置缩短尺寸。

2 现场叠装要点及注意事项

传统的叠片式磁轭被环形磁轭代替，尽管极大地减少了工地磁轭叠装工序及工作量，但是对环形磁轭的加工精度要求高，对磁轭安装要求更高。磁轭整体偏心值不大于0.1 mm；磁轭圆柱度不大于0.5 mm。磁轭装配过程如下：

(1) 立转轴并调整，安装转子测圆架。将转轴立起吊入转子安装机坑，在转轴法兰保护工具与基础钢板间加薄垫片。调试所有支墩，确定支墩高度，并用水准仪调整支墩的高度使其都在调整范围内。拆卸和安装测量臂和配重臂时注意避免径向受力。

(2) 第一、二段磁轭段安装、调整。与常规磁轭叠装不同，磁轭段从转子支架上部向下吊装，第一段磁轭安装很关键，是叠装的基准。将下风扇与第一段磁轭组装在一起，每次验收前均需对转子测圆架进行复测。

用磁轭吊装工具将磁轭段和风扇套入转轴，套入主立筋前，复测并调整磁轭段水平。调整磁轭段的周向、径向位置，主立筋键槽与凸键径向、周向距离均匀。检查磁轭段止口与挂钩上平面的间隙。磁轭段两侧副键槽距离均匀，利用副键检查，同样力度楔紧。磁轭吊装三维示意图如图4所示。

图4 磁轭吊装三维示意图

利用磁轭段均布的3组径向销定位第二段磁轭下落位置。外圆T尾槽内磁极键配合面要进行错牙控制，在12个磁极位置各安装一套鸽尾定位工具精调磁轭位置，相邻磁极位置工具分别放入左右鸽尾槽内。叠装过程需监测磁轭段的错牙情况。

(3) 其余磁轭段安装调整。相邻两段间利用销钉和鸽尾定位工具定位，确保后安装的两段磁轭均有至少6组鸽尾定位工具定位。测量后拆除转子测圆架测量臂和配重臂，整圆安装12套鸽尾定位工具。其余磁轭段安装调整如图5所示。

图5 其余磁轭段安装调整图

安装转子测圆架测量臂和配重臂，在测圆架测量臂上架设百分表，放置框式水平仪测量。建议每叠一段，都要进行磁轭间错位检查和圆度测量并计算偏心，偏心满足后方可进行下一段叠装。

(4) 安装磁轭拉紧螺杆、垫圈、螺母。磁轭副键安装打紧，卡键挡板安装，磁轭拉紧螺杆的伸长值应符合设计要求。检查磁轭下端拉紧螺母力矩。拆除鸽尾定位工具，在各磁极中间位置复测磁轭半径、内外高度，并做记录。磁轭副键安装时接触面涂二硫化钼锂润滑剂。

图6 磁轭副键安装三维示意图

磁轭需要二次打键。磁轭键二次打紧后，如磁轭键与挡板有间隙，磁轭副键用螺母锁定。

现场叠装应注意以下几点：

(1) 各个磁轭段安装质量很关键，磁轭段与段之间的调整严格按照工艺要求执行。磁轭段与主立筋径向间隙相对值不大于0.05 mm。磁极T尾键槽槽底、键槽两侧错牙不大于0.02 mm。如果转子磁轭段装配质量不佳，进而引起各段磁轭键槽位置切向存在一定量的错牙，会造成磁轭副键切向打键后，磁轭副键与磁轭键槽接触面个别磁轭段将不能与磁轭副键贴紧，容易出现质量问题。

(2) 磁轭副键要进行研磨。根据《DL/T 5230—2009水轮发电机转子现场装配工艺导则》[4]要求7．11．5 2单侧副键的浮动键结构，检查支臂侧的侧间隙和径向间隙应符合设计要求，并使其径向面与磁轭紧贴，初步打入磁轭侧的左右副键进行定位。

各类型浮动键的副键装入后，检查、调整其楔入深度应与中心键等长，并着色检查(红丹粉)及处理副键与中心键、支臂或磁轭，配合面的接触面积达70%以上。使用3 kg左右的大锤将副键打紧，并按设计要求进行点焊或锁固定位。磁轭副键打入深度应注意紧量一致。

打紧磁轭副键的关键有两点。一是检查是否打紧的主要标志是大锤用力锤击时，磁轭副键不再向下进行位移。二是磁轭副键接触面涂红丹粉，拔出检查磁轭副键与磁轭凸键、磁轭和转子支架的接触面积，必须大于配合面接触面积的70%。如不满足应对磁轭副键进行研配。

与其他转子热加垫打键的机组不同，浮动磁轭的磁轭副键装配已是机组安装质量的最后一道屏障，如果磁轭副键的紧度不足势必影响机组的长期安全稳定运行。福建某电站由于转子磁轭装配质量不佳、磁轭副键和磁极键未打紧造成转子磁轭和磁极冲片发生断裂。相对于40年的机组设计寿命，机组仅运行了15年时间就达到了生命周期末年。

(3) 二次打键。只要超过分离转速就要对磁轭副键、磁极键进行打紧。在过速试验、甩50%、75%、100%负荷试验之后都要打紧磁轭副键(热态下)。根据《DL/T 507—2014水轮发电机组启动试验规程》[5]要求：6．5．5过速试验停机后应进行如下检查：全面检查发电机转动部分，如转子磁轭键、磁极键、阻尼环及磁极引线、磁轭压紧螺杆等有无松动或移位。

3 结论

广东某抽蓄电站转子浮动磁轭的叠装工作极为重要，如果转子磁轭装配质量不佳、磁轭副键与凸键、磁轭段的接触面积不满足设计要求，就可能出现与巴基斯坦某电站4#机甩负荷后振摆不能恢复[6]、广东某抽水蓄能电站转子动平衡过程中相位不稳[7]和湖北某电站发电机转子支架环板变形[8]等类似问题。

本文通过对广东某抽水蓄能电站发电电动机转子浮动磁轭安装要点及注意事项的介绍，对现场安装有指导意义，避免磁轭装配质量不佳影响机组安全稳定运行。对其它抽蓄及常规高转速电站转子磁轭叠装工作具有一定的借鉴作用。