变速机组转子绕组金属护环热套施工浅析

杜 鹏，陈 勇

（浙江华东工程咨询有限公司，浙江 杭州 310000）

1 引言

加快发展抽水蓄能，对于加快构建新型电力系统、保障电力系统安全稳定运行、提高能源安全保障水平具有重要作用。相比常规抽水蓄能机组具有水泵工况时输入功率可调、有功/无功功率快速调节、较好的转速适应能力、良好的稳定运行能力等优点[1]，可变速抽水蓄能机组可成为电网负荷频率控制、平衡可再生能源发电出力波动的有效手段。随着抽水蓄能电站在新型能源体系的功能作用日益凸显，我国变速抽水蓄能技术研发与应用大幅提速。

2 工程简介

河北丰宁抽水蓄能电站是在建世界最大容量抽水蓄能电站，也是首次在国内采用大型变速抽水蓄能机组技术。可变转速发电电动机转子绕组采用三相对称双层绕组，与传统水轮发电机或抽水蓄能发电电动机转子绕组具有很大的不同，由凸极式转子磁极变为条式线圈，承受很高的交流运行电压与变频器产生的高电压梯度，同时承受较强的电磁振动和旋转离心力。转子绕组端部的支撑具有承受离心力的作用，同时必须确保绕组端部的充分冷却，国外机组已经应用的绕组端部固定方式主要有4种：绕组端部径向螺栓固定、绕组端部U型螺栓固定、绕组端部金属护环固定、绕组端部高强纤维带绑扎固定[2]。该电站采用绕组端部金属护环固定方式。

3 转子绕组金属护环热套施工工艺

采用金属护环固定绕组端部时，转子绕组的端部被固定到内外支承环之间，由通过线棒之间的空气引导部件来进行绕组端部的冷却，最大优点是减少了用于固定绕组端部以抵抗径向力的必要零件数量，选择的材料也确保不会因离心力而对转子线棒施加额外的力，装配时间也被限制在最短时间内，检修维护时可以通过拉开护环来接近转子绕组[3]。转子绕组金属护环热套施工流程如下：

（1）转子工位设有金属护环预留坑，下端护环在转子中心体就位前完成预存，在转子下线工序结束后进行护环上端、下端的热套施工。

（2）上端护环采用专用吊具吊装至转子上部。专用吊具由吊装轴、井字吊装梁、卡爪（1、2）、调整螺杆等组成。在安装间完成吊具与护环的安装，调整螺杆高度与同步液压千斤顶（4个）顶起高度一致且护环处于水平状态后，将上端护环吊装至转子上部，调整护环与转子同心度、与绕组径向间隙、卡爪下部梳齿与转子上齿压板齿槽对应位置后，将吊具连同护环放置在同步升降液压千斤顶上。采用带保温和外壳的履带式加热板并用带有耐高温高强度弹簧的螺栓固定，缓慢加热护环（最高温度约190℃），加热期间定时用模具检查护环热膨胀后的尺寸（直径方向胀量为10 mm），一旦发现圆度偏差，通过间断电源、小范围加热等方式进行调整。采用同步液压千斤顶将护环缓慢同步下降至最终位置，过程中随时调整护环水平，防止磕碰转子绕组。自然降温后护环收缩紧固在转子绕组外围。

（3）下端护环采用两组液压千斤顶垫木方的方式提升至转子下端绕组下方，最终放置在同步升降液压千斤顶上，采用与上端护环相同的加热措施进行加热，达到设计膨胀量后同步升起液压千斤顶，完成下端护环的热套。

4 施工工艺难点浅析

（1）护环吊装就位是重点、难点。护环专用吊具设有4个卡爪用来起吊护环，卡爪的下方设有与转子上齿压板齿槽对应梳齿。要求卡爪必须按照设计图纸要求（过吊具横梁中心的对称轴与厂房X轴线夹角为68.5°）调整分布位置，误差不得超过1 mm。转子上部设置4个千斤顶，千斤顶与上支撑环把合固定，用来支撑护环与吊具。由于千斤顶位置已固定，故需提前完成护环与吊具中心、水平方位调整，确保卡爪梳齿必须与齿压板齿槽垂直对应，方可将护环与吊具放置在千斤顶上，以便护环热套时顺利降落至设计位置。在实际施工过程中，花费了大量的时间进行护环吊具及卡爪安装位置调整、护环卡爪与转子上齿压板齿槽位置调整、护环与转子中心体同心度调整、护环水平调整。施工过程中出现了因未能区分两组卡爪而返工、因卡爪安装位置与图纸不符而返工的情况。

（2）护环加热温度控制是重点、难点。加热过程中必须控制护环整体受热均匀，一方面要求加热设备的设计必须合理，从而保证加热均匀、温度控制准确；另一方面要求环境稳定，加热过程应尽可能选择封闭工棚，尤其避免单侧冷风对热套过程产生不利影响。实际施工过程中，加热板均匀布置在护环外侧，并采用带有压缩弹簧的螺杆连接加热板并在加热过程中调整加热板，确保加热板与护环紧密贴合的同时，不因护环膨胀导致螺杆受力过大。护环加热过程受加热温度、温升速率、环境温度等各种因素影响，且由于工棚天窗未关闭导致前期护环温升较慢，实际加热过程约18 h且需不定时对各加热板温度进行调节。

（3）护环热胀偏差控制是重点、难点。护环内径小于转子绕组端部外径，通过加热护环使其热胀，热胀量达到设计要求进行热套作业。施工过程中，需要定时采用专用模具测量护环外径与转子绕组外侧绝缘板的差值，间接测量护环热胀量，并根据周向膨胀量适时调整各加热板温度，以达到护环周向均匀膨胀的目的。

（4）护环热套就位过程控制是重点、难点。护环热套就位过程中，需保持护环与转子同心度及护环与转子绕组的均匀间隙。通过同步缓慢降低4个液压千斤顶，使护环缓慢下降至设计位置，下降速度约2 mm/s。在此过程中，液压千斤顶的同步控制尤为重要，必要时需单独控制某个千斤顶来调整护环水平。施工过程中因厂家供货的千斤顶升降不同步且下降速度过快，不得不更换电站自有的液压泵站及控制装置。

5 转子护环热套施工优化建议

（1）上端护环在套入转子上端轴时，转子上端轴顶面高度加上吊具高度后的总高度已超过桥机吊装高度，不得不拆除桥机副钩吊装限位以实现上端护环吊装工作。故可采取优化吊具的措施减小现场施工难度和安全风险，在吊具设计时根据主厂房桥机允许吊装高度优化吊具结构型式，降低吊具高度。

（2）鉴于在吊具卡爪安装过程中，在保证上端护环水平、与转子绕组径向间隙均匀的前提下调整卡爪分布位置花费大量时间和精力，且护环本身对安装方位并无技术要求。故可考虑在上端护环顶部设置吊耳安装孔或吊具把合孔，以减少卡爪调整工序。

（3）同步液压千斤顶组是护环热套作业的关键设备之一[4]。设备采购时应充分考虑工作需求，千斤顶应能在实现同步升降功能的同时，具备单台千斤顶单独调整的能力，且千斤顶的上升或下降速度不宜过快，尽量控制在5 mm/s以内，以便纠正护环热套过程中的水平偏差。护环加热前应提前完成千斤顶的功能调试，避免返工。

（4）工棚的设置应提前考虑转子护环热套期间的环境需求。工棚尺寸应考虑液压千斤顶泵站、智能程序温度控制箱等设备的空间需求，同时工棚宜设置在环境风速稳定的部位，比如正对进厂交通洞末端位置。工棚天窗尺寸应能满足转子护环吊装需求，且能在护环吊装后封闭。

6 结语

虽然在护环热套过程中，吊具安装调整、护环吊装、护环热套等各工序均出现了意想不到的状况，归纳总结为4个方面：施工准备不充分，不熟悉设计图纸；工器具准备不合理，千斤顶升降不同步且下降速度过快；施工组织不完善，各工序检查不到位；环境温度考虑不周全，忽略了环境对护环加热的影响，但在各参建单位的共同努力下，最终安全、顺利实现了国内首台大型变速抽水蓄能机组转子绕组金属护环热套施工。本文谨对转子绕组金属护环热套过程进行了总结，为后续电站提供借鉴与参考。