水轮发电机定子铁芯松动故障分析及处理

水轮发电机定子铁芯松动故障分析及处理

何超

大唐湘潭发电有限责任公司，湖南省 湘潭市 411100

摘要：定子铁心松动是水轮发电机在运行过程中较为常见的一类故障。在故障处理时，需要提前查明导致定子铁心松动的具体原因。对于材料本身存在质量缺陷的，或是因为使用年限增加材料老化的，通过更换新的材料可以解决；如果是安装不合格、运行环境差导致的，需要重新进行安装并优化运行流程。在有效解决定子铁心松动问题的基础上，还要尝试运用新技术、新工艺和新材料，预防此类问题的发生，确保水轮发电机始终保持高效、稳定的运行。

关键词：水轮发电机；定子铁芯松动；故障分析

1定子铁心松动的原因分析

1.1材料方面的原因

材料质量不合格，或是不符合使用要求，是造成定子铁心松动的常见原因。早期的水轮发电机定子铁心是以硅钢片为材料经过叠压形成。这些硅钢片的尺寸存在较大的误差，还有就是硅钢片随着使用年限的增加，平整度变差，导致硅钢片之间的间隙增加，难以被压紧，从而造成了定子铁心松动。

1.2设计方面的原因

零件设计不科学，按照设计方案加工制造出来的产品，也会出现各种问题。在定子铁心设计中，可能导致松动的原因有：铁心齿压条的设计强度偏小，在实际运行后，齿压条受到了远超其设计强度的作用力，导致齿压条变形，出现了松动；设计人员没有考虑到拉紧螺栓在实际运行中，会因为受到高温环境影响而发生一定幅度的膨胀。在拉紧螺栓反复多次胀缩之后，也会造成定子铁心松动；定子铁心齿压板的设计不当，齿压板越大，铁心的轴向刚度越强。如果设计的齿压板偏小，也会因为轴向刚度不足而引起铁心松动。

1.3制造方面的原因

定子铁心对精密度有极高的要求，在加工制作时，若生产工艺不过关，很容易留下质量瑕疵，在投入使用后有较大概率发生铁心松动故障。例如，硅钢片在冲剪之后，省略了毛刺去除工艺，导致硅钢片边缘部位存在毛刺，也会影响叠压效果；通风槽钢采用焊接方式固定，焊接质量差，存在焊瘤、焊渣，或是焊接热变形等；定子冲片喷涂绝缘漆时，漆的厚度不一致，或是喷涂工艺差，导致漆膜收缩率不一致等。这些生产制造中出现的问题，都会在不同程度上影响定子铁心质量，增加出现松动故障的概率。

1.4安装方面的原因

水电站现场安装水轮发电机时，由于安装过程中管控不到位，留下的质量问题导致定子铁心松动。例如铁心叠片时，冲片之间存在较大的间隙，无法将其压紧。后期运行一段时间后，这些间隙的存在会导致定子铁心发生松动。还有就是对于误差的控制不够严格，包括齿压板之间实际高度差超出允许范围，以及定位肋板之间的弦距偏差过大等，也是在安装环节导致定子铁心发生松动的一方面原因。

1.5运行方面的原因

水轮发电机投入运行后，如果长时间处于不良环境下运行，也会加速定子铁心发生松动的概率。常见的不良环境有：高负荷运行导致定子铁心的温度升高，且持续时间较长。久而久之，因为发生热疲劳会导致铁心松动；水电站因为调频、调峰的需要，导致发电机频繁启停，定子提心的温度在短时间内反复的升高、降低，多次热胀冷缩之后也会加速出现松动故障。近年来，随着用电需求增加，水电站的水轮发电机也经常处于超负荷运行状态，这种情况下定子铁心也有更高的概率发生包括松动在内的多种故障。

2定子铁心松动的处理方法

2.1局部松动的处理

对于发生局部、轻微松动的定子铁心，可以尝试定子铁心取出，然后在松动部位滴加适量的汽油，然后使用干净抹布，或是砂纸，将该部位积累的油垢和存在的锈迹全部擦除。随后再换用干净的纱布，将剩余的油渍清理干净。用工具将冲片撬开，观察冲片是否存在防锈漆剥落等情况。如果有，需要重新涂刷防锈漆。根据松动情况，嵌入几片云母片，使用环氧树脂漆进行粘接，最后重新固定，可以解决局部松动问题。如果是定子铁心的两端发生了松动，选择一片一定厚度的钢板，通过打磨或裁切的方式，将其制作成楔子形，放置在压指与铁心的中间部位，用工具轻轻敲打，使其嵌入内部，检查松动问题解决后，采用焊接的方式进行固定。定子局部松动问题，可以通过常规的养护、检修及时发现，进而采取相应的处理措施加以解决，通常不会对发电机的正常运行造成影响。

2.2整体松动的处理

定子铁心整体松动对发电机的运行安全有严重影响，要引起重视。检修人员可以逐一检查拉紧螺栓是否拧紧，对于未拧紧的，需要全部重新拧紧。拉紧螺栓是压紧铁心的关键，全部紧固之后可以有效解决定子铁心整体松动的问题。需要注意的是，由于铁心是采用叠压方式组成，而多个冲片叠加后，其波浪度误差会有叠加放大的情况。因此，应当在铁心冲片压紧之后，统一测量波浪度的误差，控制在标准值的10mm以内。如果采取了上述措施，定子铁心整体松动的情况没有明显改观，可以全部拆除并重新叠装。重装时分别检测冲片的表面平整度，如果有不符合要求的，需要替换成新的标准冲片。重装完成并压紧之后，定子铁心松动问题可以得到有效解决。

3水轮发电机定子铁心松动的预防措施

为了不影响水电站的正常运营和经济效益，除了要在问题发生后及时分析原因、采取有效措施加以解决外，还是要做到预防为主，尽量降低发生铁心松动问题的概率。在生产制造过程中，可以紧跟行业、技术的发展，选择新工艺、新技术和新材料。例如，可以使用新型碟形弹簧来防止铁心松动。根据上文分析可知，铁心长期处于高温环境下，是诱发铁心松动的重要原因。而定子铁心碟形弹簧压紧结构，在拉紧螺栓的下游侧放置蝶形弹簧，使用螺母将碟形弹簧、上下齿压板、铁心扇形片压紧，在实际应用中取得了良好的紧固效果。除此之外，像创新铁心叠片方法、应用新的固定工艺、选择更高强度的拉紧螺杆等，都是预防定子铁心出现松动的有效方法。以定子铁心叠片方式为例，传统工艺中，将冲片分别叠加之后，再统一进行压紧；在经过工艺改良之后，采用机械全自动叠压。每叠加一个冲片，进行一次误差测量，确保所有冲片全部叠压完成后，最大误差仍然能够控制在允许范围之内。通过坚持创新，革新工艺，切实保障水轮发电机的稳定、高效运行。

结语

随着使用年限的增加，水轮发电机容易因为定子铁心松动而影响其正常运行。导致定子铁心松动的原因是多方面的，除了设计方面、制造方面的原因外，运行环境、安装不当等，也都会导致这一问题的出现。技术人员需要首先判定问题原因，然后制定针对性的处理方案，在完成处理后还要通过试运行观察问题是否得到处理，确保水轮发电机的稳定和安全运行。

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