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某水电站发电机结构特点及安装问题

2019-01-22

　　0　概述
　　某电站机组发电机部分由上海福伊特水电设备有限公司设计制造，为立轴半伞式结构，具有二个导轴承和一个推力轴承，推力轴承和下导轴承支撑在推力机架上，发电机主轴与水轮机主轴采用法兰连接。发电机冷却采用无风扇端部回风径向密闭自循环冷却系统。额定容量：400MVA，额定电压：18kV，额定转速：83.3r/min。发电机主要由定子、转子、上推力机架与上下导轴承、推力轴承、主轴、空气冷却系统、盖板、高压油顶起系统和外循环润滑系统等组成。整个机组轴系由发电机上、下导轴承和水轮机水导轴承支撑。

　　1　结构特点简述
　　总装配结构见图1。

　　1.1定子
　　定子主要由定子机座、铁心和绕组组成。定子铁心外径为16970mm，内径为16000mm，高2065mm。定子机座安放在基础板上，通过偏心销钉、螺栓使二者结合定位；通过调整螺钉调整定子机座的高程。定子绕组由条式线棒组成，“Y”形连接，4支路并联，共有1080根线棒，540槽。所有的线棒接头及铜环引出线连接采用银铜焊，绕组绝缘为IEC或国家标准中规定的F级绝缘，额定励磁电流2774A，额定励磁电压327V。定子下线全部完成后，对定子分相进行试验，包括检测绝缘电阻及吸收比、极化指数、直流电阻测试以及对绕组的直流耐压、交流耐压试验。

　　1.2转子
　　转子为三段轴结构，由磁极、磁轭、转子支架及转轴等组成。发电机转子外径为15954mm，磁轭高度为2435mm，整体转子起吊重量约为900t（不包括平衡梁、起吊轴）。主轴采用20SiMn锻钢制成。上端与发电机转子中心体通过螺栓联接，下端法兰与水轮机主轴联接。在安装场段进行转子支架的组圆焊接、磁轭叠片组装和磁极挂装。

　　1.3上机架
　　上机架采用辐射结构，由中心体和12个支臂在工地焊接而成。中心体兼作上导轴承油槽，为钢板焊接结构。上机架中心体高程通过在上机架支墩增减垫片厚度来调整，偏差不超过设计值的±1.5mm，中心体水平偏差不大于0.10mm/m，中心偏差不大于1mm。把紧上机架与上机架支墩的把合螺栓。机组整体盘车合格后，复测上机架的中心高程和水平。然后钻铰上机架与上机架支墩间的销钉孔。

　　1.4推力机架
　　推力机架由中心体和8个支臂组成。推力机架采用盒型支臂结构，其支臂在现场与中心体通过合缝板把合成一体。水轮机坑内环形吊车的环形轨道固定在发电机推力机架上。推力机架吊入机坑前，清扫推力机架安装基础，检查基础预埋件混凝土养生期已满足承重要求。

　　1.5推、导轴承
　　推力轴承：推力瓦采用进口巴氏合金瓦，瓦数为16块，采用弹性垫的支撑结构，设有高压油顶起装置。推力轴承的总负荷约为3000t。
　　导轴承：上、下导轴瓦为分块扇形瓦自调式结构，上导轴承瓦数为12块，下导轴承瓦数为16块。导瓦间隙通过斜楔来调整固定。
　　2　安装过程中出现的问题
　　2.1下机架与发电机轴距离设计不合理
　　目前大型的连轴螺栓均采用液压拉伸方式，用液压拉伸器将螺栓拉长，再把紧螺母。由于拉伸工具普遍较重，比较方便的方法是在上部用桥机或手拉葫芦配合作业。但该水电站水轮机部分由其它厂制造，设计联络工作未考虑该部分安装的困难，下机架底部与发电机轴下法兰之间距离只有0.5m左右，拉伸器无法从上部安装，不得不从水轮机上法兰侧倒装拉伸器，拉伸器安装和拆卸都极其困难。另一方面上机架上部有1m左右的空间才安装上盖板，又造成上部空间的浪费。所以设计时若做好相关协调联络工作，将发电机部分整体适当向上移动，增加发电机轴长度，完全可以给安装和检修工作提供方便。

　　2.2裸露的线棒端部绝缘盒带来隐患
　　上海福伊特的定子线棒端部绝缘盒设计与传统工艺不同，采用的是开放裸露的绝缘盒结构，通过铆钉将绝缘盒固定在并头块上。这样的设计对定子端部的通风冷却是有好处的，但也带来了风险。1#机组发电不到一个月，空冷器底部的波纹管突然发生了爆裂喷水情况，大量水汽在循环风的带动下，从定子底部进入基坑内，溅到裸露的并头块上，发生短路现象，造成了机组电气故障停机，部分线棒端部受损。分析原因主要是发电机厂家提供的单层不锈钢波纹管抗振强度不够，减振、消振性能不好，不具备长期承受定子热胀冷缩及高频振动的功能，机组改造时将波纹管全部更换为橡胶膨胀节。这种绝缘盒的设计理念很好，但需要提高配套辅助设备的质量，并保证基坑内的干净、清洁。

　　2.3导风板内外分块设计不方便
　　传统导风板设计时，按圆周分成块，每块一端固定在上下机架上，另一端固定橡皮与定子线圈上下挡风围板形成密闭导风空间。龙开口导风板除圆周分块外，又在内外两端分块，内侧为平段，固定在机架上，外侧为弧段，固定在齿压板上。外侧弧段一方面造成固定螺栓的紧固空间狭窄，扳手难以施展，固定螺栓锁片也锁固困难，且部分螺栓被磁极引线遮挡住，只有转动转子后才能全部紧固完成，大大降低安装效率；另一方面使空气间隙塞规无法竖直塞入空气间隙，弧段导风板安装后无法检测空气间隙，机组检修时需要拆卸弧段后才能测量空气间隙，反复拆装极易造成脆弱的导风板玻璃钢部件损坏。

　　2.4上导滑转子位移现象
　　由于上导瓦未使用绝缘结构，上导滑转子是两次热套加工完成的：首先厂内制造时在上端轴内侧部件上包裹绝缘层并加工，然后热套外侧部件；发运至现场后，热套滑转子到外侧部件上。5号机组首次启动试运行瓦温稳定试验时发生上导滑转子内外部件产生相对周向位移的情况，造成转子引出线与集电环连接螺栓剪断。经分析主要原因为上导滑转子加装绝缘层热套后过盈量未满足设计要求造成的，返厂处理后运行情况良好。此次位移现象也侧面反映了制造厂在生产过程中的质量管理存在不完善的环节。

　　3　结语
　　该水电站机组自发电以来，总体运行情况良好，振动摆度、轴承和线圈温度等指标优异，通风效果良好，体现了制造厂先进的设计理念和精湛的加工技艺。但从安装检修角度考虑，一些细节位置的设计仍需要进行优化，在设备部件的设计、采购、加工等环节管控上需要加强。作为安装单位，更应抱着精益求精的态度，努力提升安装质量，严格按精品机组要求进行施工，确保机组长期安全稳定运行。

（来源：机电工匠）