浅析河北丰蓄变速与定速机组定子组装施工工艺不同之处

浅析河北丰蓄变速与定速机组定子组装施工工艺不同之处

李涛,陈优 

中国水利水电第三工程局有限公司 陕西西安710000

摘要：河北丰宁抽水蓄能电站总装机容量3600MW，电站分两期开发，一、二期工程装机容量分别为1800MW，其中一期工程安装6台（1#～6#机）单机容量300MW的定速水泵水轮机-发电电动机组，二期工程安装4台（7#～10#机）单机容量300MW的定速水泵水轮机-发电电动机组和2台（11#～12#机）单机容量300MW的变速水泵水轮机-发电电动机组。东电定速机组定子与安德里茨变速机组定子虽然在施工工序接近相同，但两者在细部工艺截然不同，此文着重对变速机组与定速机组定子组装工艺进行简单介绍，通过施工工艺总结出两者的不同之处，其为日后抽水蓄能机组定子安装提供参考。

关键词：定速 变速 定子组装 结构 工艺。

引  言

定速机组由东方电机厂提供。定子机座分成2瓣，在工地组焊成整圆。定子铁芯下端置于大齿压板上。定位筋采用新型分体式弹性鸽尾筋结构，它具有减振和适应铁芯热膨胀的优点。

定子铁芯通过51根分体式弹性鸽尾筋及配套托块、弹性元件与定子机座连接，定子铁芯内径Ф5440mm，外径Ф6630mm，高度3080mm，铁芯由102根穿心螺杆与碟簧进行压紧，上、下两端设计有绝缘帽，并通过51根浮动式双鸽尾定位筋固定在定子机座上。

定子绕组为三相并联7支路“Y”形连接对称双层叠绕组结构，共714根线棒。定子线棒采用空气冷却的冷却方式，嵌入前在两侧及底面包一层刷导电腻子的槽衬以降低槽电位。槽内采用槽底垫条（导电玻璃布）、层间垫条和楔下垫条，并利用波纹板和槽楔进行固定。

变速机组定子由安德里茨厂提供，定子机座分2瓣到货，在工厂内进行预组装，配好定位结构，在现场采用螺栓进行把合。

定子铁芯内径Ф4900mm，高度3300mm，下端由下齿压板支撑，上端上齿压板压紧，铁芯由72根穿心螺杆进行压紧，并通过36根定位筋固定在定子机座上。

定子绕组由504根单匝、双层、条式线棒组成，绕组连接方式为4支路平行连接，绝缘等级为F级，具有良好的防电晕及耐腐蚀能力。为防止定子线棒在槽内部产生松动、位移，槽内采用加波纹板的结构固定绕组。

1 定速机组定子组装主要工序

1.1 定子机座组装

先将分瓣定子机座吊装至调整好的支墩放置，然后将测圆架中心体吊装至机座中心进行安装，将另一瓣机座吊装至支墩放置，利用把合螺栓将定子机座把合成整体，检查整个定子机座环板对接焊缝坡口的间隙及径向、轴向错牙。

以定子机座大齿压板内圆为基准，利用测圆架底盘调整螺钉，调整测圆架垂直度、水平度。

定子机组7层环板采用SMAW方式进行焊接，焊接顺序严格安装厂家指导进行，圆周及上、下层要对称焊接且焊接顺序一致，每条焊缝应分段退步焊，防止焊接变形。焊接完成后采用PT及UT进行焊缝检测。

1.2 定子定位筋安装焊接

根据图纸首先定出首根基准定位筋，根据基准定位筋确定出其余2根相邻基准定位筋（51#、2#）的方位，3根基准定位筋检查合格后，选用6根直线度和扭曲度较好的筋和1#基准定位筋一起作为大等分定位筋采用测圆架进行调整半径，采用内径千分尺进行弦距调整，采用百分表进行向心度调整。调整合格后定位筋采用托块与机座环板进行固定点焊。

安装大等份区间小等份定位筋，以1号基准筋进行调整小等份定位筋半径偏差≯±0.05mm，各处弦距应在弦距样板±0.10范围内，向心度≯0.05mm，调整验收合格后，进行定位筋托块整体焊接，焊接严格按照厂家指导焊接顺序进行，焊接后对焊缝进行PT探伤检查，应无缺陷。

安装焊接弹性元件，冷态下检查，焊后弹性元件球头中心与定位筋间隙小于0.03mm。拆除弹性元件背部的拉紧螺杆和螺母，并对定位筋进行复测检查和测量定位筋。

1.3 定子铁芯叠装

安装下齿压板及齿压板测温电阻，下齿压板调整合格后，进行铁芯叠装，定子铁芯共分为7次压紧，铁芯叠片时，定子冲片应紧靠定位筋。

铁芯叠装过程中，随时测量定子铁芯的圆度、圆周波浪度、齿涨以及各小段的高度，并作必要调整；

安装上齿压板及M30螺杆，对铁芯进行整体预压，定子铁芯的实际叠压系数不得小于0.96。

1.4 定子铁芯磁化试验

进行90min的试验，过程中每隔10分钟记录一次温度计和各测量表数值，并记录酒精温度计和红外线测温枪温度。

1.5 定子线棒嵌装

线棒安装前进行定子线棒抽检试验，试验项目包括绝缘电阻试验、起晕试验、交流耐压试验。

线棒安装前测量5根线棒的宽度及铁芯槽宽尺寸，以此来设定定子绕包槽衬涂胶装置涂抹橡胶腻子的厚度，具体槽衬上胶厚度设定值详见图1-1。

图1-1 槽衬上胶厚度设定值

（1）下层线棒的安装

利用胶带将导电玻璃布贴在槽底，槽底垫条上下两端伸出铁芯槽长度为10-15mm，保持垫条贴服，不得有扭曲。在端箍处垫放浸室温固化环氧胶的涤纶毛毡。

根据实际测量的铁芯槽和线棒之间的间隙，设定上胶腻子厚度，每支线棒绕包槽衬时从线棒的非号端侧向号端侧绕包；绕包时，对折后的槽衬的开口方向应向着线棒号端方向，如图1-2所示。

图1-2 槽衬绕包方向

线棒绕包上胶槽衬时，槽衬两端采用胶带进行临时固定。绕包的槽衬间隔为2mm～5mm，绕包的槽衬两端各比铁芯长15mm。

将绕包完成的线棒采用线棒吊装工具吊起进行安装，在线棒上、中、下直线部位放置垫板用橡皮锤敲击垫板，将线棒整体打入铁芯槽内。线棒整体全部进入槽口后，测量线棒上端接头上缘与铁芯槽口距离约为812mm，线棒下端接头下缘与铁芯槽口距离约为835mm；若有偏差，调整线棒高度，将差值均匀分布在线棒两端。用临时固定工具将线棒固定在槽内。

（2）线棒绑扎

用毛毡包裹斜边垫块，塞入线棒斜边间隙之间，使用0.85*25无碱玻璃纤维绝缘绑扎带对绝缘垫块及线棒进行绑扎。

（3）下层线棒安装后电气试验

电气试验主要包括绝缘电阻试验、起晕试验、交流耐压试验和槽电位试验，定子线棒耐压试验合格后，将下层线棒上、下端部喷聚酯晾干红瓷漆。

（4）上层线棒安装

清扫层间垫条，对线棒温度计进行绝缘电阻检查，绝缘电阻应不小于5MΩ；检查温度计的电阻值，符合要求。用502胶将带温度计的层间垫条及普通层间垫条粘在下层线棒处。

在下层线棒处布置浸胶的Ø30、Ø50涤纶护套玻璃丝绳，浸胶的长度应根据实际需要安装线棒的数量进行确定。

按下层线棒安装工艺安装上层线棒。

将上、下层线棒用0.85×25无碱玻璃纤维绝缘绑扎带按要求绑扎在端箍上。绑扎完后，应按要求在绑扎带表面涂刷室温固化胶。

（5）上层线棒安装后电气试验

上层线棒安装后电气试验主要包括绝缘电阻试验和槽电位试验。

（6）槽楔安装

安装槽楔时，楔下垫条伸出槽口的长度不应超过槽楔，尤其不能与高阻漆相接触；槽楔上通风沟与铁芯通风沟的中心对齐，偏差不得大于3mm；所有槽楔伸出铁芯槽口长度应符合设计要求（约30mm），相互高差≯5mm；槽楔表面不得高出铁芯内圆表面。

按照GB/T8564-2003第9.3.14条有关要求进行槽楔紧度检查。

（7）槽楔安装后电气试验

槽楔安装后电气试验主要包括绝缘电阻试验、起晕试验、交流耐压试验。

（8）并头焊接

上、下层线棒的端头清理干净后，并头焊接通过使用中频焊机加热，当表面焊片开始熔化后，沿焊缝用银焊丝填补，使所有焊缝饱满。

（9）铜环及跨接线安装

按照图纸进行定子绕组各层铜环、引出线装配和焊接。配焊时（共七层），按严格按照线棒与接头、接头与铜环、铜环与铜环，以及引出线与铜环间的有关要求，进行各个接头之间的配割、加工和焊接，要求铜环配装后，其有关空间分布位置符合图纸要求；焊接时，应采取有效措施防止损坏绝缘，并严格控制各焊接接头处的银焊质量。

（10）绝缘盒安装

根据线棒端头尺寸和绝缘盒尺寸制作上端绝缘盒浇灌用堵漏板,调整好上端绝缘盒安装位置后，现场配制室温固化填充腻子（环氧树脂：聚酰胺树脂：目石英粉=1：1：2，搅拌5min及以上，必须在2小时之内用完）进行堵漏，并将上端绝缘盒套装到位，待堵漏板胶固化后，进行上端绝缘盒灌胶工作。

下端绝缘盒灌注时，采用千斤顶和木板进行支撑。绝缘盒灌注前，用电话纸包好绝缘盒外部，然后进行下端绝缘盒灌胶工作。

（11）定子安装完成后整体电气试验

定子安装完成后整体电气试验主要包括直流电阻试验、绝缘电阻试验、直流泄漏试验、起晕试验、交流耐压试验。

2 变速机组定子组装主要工序

2.1 定子机座组装

变速机组定子机座到货后将分瓣面清理干净后，将机座吊装至调整好的支墩上，安装定子支墩与机座之间的组合螺栓及基础螺杆，利用把合螺栓将定子机座把合成整体，检查整个定子机座环板对接焊缝坡口的间隙及径向、轴向错牙，组合缝螺栓把紧后，检查分瓣机座组合面，组合缝间隙要求：用0.05mm塞尺检查，在螺钉及定位销周围不能通过；组合缝错牙不超过0.5mm。

2.2 定子定位筋安装

定位筋整圆共36根，沿定子环板内圆均布，相邻定位筋角度为10°，定位筋安装时，采用全站仪进行角度测量，每10°安装1根定位筋。定位筋半径根据测量的定子机座内径值，计算出需要补偿的垫片厚度，垫片必须要在定位筋背后点焊固定，以补偿圆度偏差。采用激光追踪仪测量其定位筋绝对半径为2940.2(0~0.3)mm，定位筋的向心度不应大于0.05mm，定位筋调整合格后，利用专用工具将基准定位筋的托块固定在定子机座环板上按图2-1所示进行焊接。

图2-1 定子定位筋焊接示意图

2.3 定子铁芯叠装

定子铁芯叠装前测量定子冲片厚度，并根据图纸所标注的每段定子铁芯高度，初步计算出每段定子铁芯冲片的所需叠装层数，并按图纸要求分列出各类特殊的定子铁芯冲片的具体使用位置。

为了达到背部的间隙，放0.5mm厚度的垫片在定位筋上，每层叠10mm的定子铁芯片（2个阶梯铁片包装），根据图纸叠片（1/2叠），用中心调整螺杆通过铁芯压紧螺杆孔，检查压板和铁芯的位置；完成阶梯段总高度的最终堆叠，用塑料锤小心地调整阶梯段径向尺寸。堆叠得偏差不能太大，这样分瓣调整销就能轻轻地插入到压紧螺杆孔里，高度偏差≯±1mm。

铁芯叠装过程中的高度偏差采用Nomex纸补偿。在叠装过程中，每大段定子铁芯叠装完成后，在压紧状态下，测量定子铁芯轭部背部、槽底及槽口铁芯高度、定子铁芯的半径、圆度以及圆周波浪度。

2.4 定子铁芯磁化试验

通过在叠装完成的发电机定子铁芯上缠绕励磁绕组，绕组中通入交流电流，使之在铁芯内部产生接近饱和状态的交变磁通，从而在铁芯中产生涡流和磁滞损耗，使铁芯发热。同时，使铁芯中片间绝缘受损或劣化部分产生较大的涡流，温度很快升高。

合上断路器3～6min后，观察定子铁芯振动状况，全面检查定子铁芯各部位状况，当出现冒烟、发红、发光、振动异常、噪音超标等现象，应立即停止试验，查明原因；若无异常，即正式开始试验。若无异常现象时，通电10min后记录铁芯各部位温升情况，用红外线测温仪找出温度最热点和最低点。通电30min后，如下图需用红外线成像仪记录定子铁芯温度，需要提供整套图片给安德里茨专业人员分析。

通电90min的试验，过程中每隔10分钟记录一次温度计和各测量表数值，并记录酒精温度计和红外线测温枪及测温电阻数显仪温度，继续加热铁芯到75℃至85℃并保持至少3小时，并且定子铁芯和定子机座温差不超过30℃。

2.5 定子线棒嵌装

定子线棒试验跟定速机组定子线棒试验相同，此处不再详细描述。

裁剪槽衬垫条并进行安装，使用木块和推力片将线棒进行安装，线棒使用夹子临时固定在槽里（详见图2-2）。安装侧向波纹板，一起将波纹板和打板放到正确的位置，用榔头和打板捶打侧向波纹板，将其打入槽内。当所有的波纹板被打进每一个槽里后，线棒和定子铁芯的间隙要用塞尺检查。待下层所有线棒嵌装完成后，进行斜边垫块及下层线棒与端箍的绑扎工作。

嵌装上层线棒前将层间垫条，绕组测温电阻进行安装，安装时将上层线棒与相关下层线棒的末端对齐，如线棒长度有偏差，应将偏差均匀分布在上下两个端头，安装上层线棒的侧向波纹板，在所有的线棒都已经安装并用夹子固定后开始安装侧向波纹板（详见图2-3）。在所有的波纹板都敲击入槽内后，用塞尺检查每一个线棒和定子铁芯之间的间隙。

按照下层线棒中的所述安装方法，将上、下层线棒绑扎带按要求绑扎在端箍上。绑扎完后，应按要求在绑扎带表面涂绝缘漆。

图2-2 定子线棒临时固定方式

图2-3 侧向波纹板安装示意图

2.6 定子槽楔安装

将所有的槽楔放进槽内，将中心对准定子铁芯。检查所有槽楔上的加工槽对齐定子铁芯的通风槽（详见图2-4）。

图2-4 槽楔安装示意图

使用深度尺2mm测量针测量槽楔压紧度，测量本身是通过将测量支架放置在要测量的槽楔上来进行的。将深度表插入各自槽楔的测量槽中，并调整为零。通过在测量槽中的纵向运动，对槽顶波纹板的“顶部”和“底部”进行扫描。读取和记录深度表测量的压缩量。

•最小值：0.1mm

•最大值：0.5mm

如果该值超出此范围（小于0.1mm，大于0.5mm），则必须重新插入或重新楔紧相应的槽。

2.7 定子并头及汇流排安装焊接

并头焊接通过使用中频焊机加热，当表面焊片开始熔化后，沿焊缝用银焊丝填补，使所有焊缝饱满。并头焊接后整体清理干净铜焊连接位置采用超声波探伤。

使用硅胶（4种成分）来安装绝缘盒，详见图2-5所示

图2-5 绝缘盒硅胶成分表

汇流排焊接同上下并头焊接方式相同，焊接完成后采用超声波探伤检查。

3 定速机组定子组装与变速机组定子组装主要不同施工工艺

机座组装方式不同：定速机组机座通过SMAW焊接方式将机座组合缝焊接成整圆，变速机组机座单边组合缝通过34颗M42*160螺栓及2颗销钉螺栓进行把合。

定位筋、铁芯测量方式不同：定速机组定位采用测圆架进行测量，变速机组采用激光追踪仪及全站仪进行测量。

定位筋焊接方式不同：定速机组定位筋通过托块卡住定位筋，然后将托块焊接在机座各层环板上，且在定位筋后焊接弹性元件，具有减振和适应铁心热膨胀的优点；变速机组则是直接将定位筋焊接在定子机座上。

定子铁芯预压方式不同：定速机组通过6个液压拉伸器对称循环进行拉伸，变速机组则每个拉伸螺杆设置一个拉伸器，整体进行预压。

铁损试验方式不同：定变速机组铁损试验时间均是90min，过程中每隔10分钟记录一次铁芯温度和各测量表数值，定速机组试验合格后定子铁芯进行接地放电处理，拆除试验设备；变速机组通电90min的试验后继续加热铁芯到75℃至85℃并保持至少3小时，并且定子铁芯和定子机座温差不超过30℃，试验结束后，对定子铁芯进行接地放电处理，等待定子铁芯冷却到35°以下时（重要的是要均匀冷却，不要开门或用风机冷却）。

线棒固定方式不同：定速机组通过线棒绕槽衬进行线棒槽内固定；变速机组通过侧向波纹板进行槽内固定。

槽楔测量方式不同：定速机组通过尖端小锤敲击槽楔，通过听取发空剩余来确定槽楔的安装质量；变速机组通过百分表来测量槽楔波纹板的压缩量来确定槽楔的安装质量。

绝缘盒安装方式不同：定速机组通过灌注配比胶来固定绝缘盒；变速机组通过在线棒并头涂抹硅胶，然后套装绝缘盒。

并头焊接质量检测方式不同：定速机组通过目测检查焊缝是否饱满充饱满，无气孔、裂纹、未焊透、毛刺及尖锐棱角等缺陷；变速机组是通过超声波探伤仪检查焊缝内部质量及表面缺陷。

4 结语

在丰蓄电站定子组装过程中，定变速机组均按照东电及安德里茨公司的质量标准及控制程序，定变速机组定子相对而言，整体安装工序相同，只是施工工艺存在一定区别，变速机组在组装过程中设备缺陷较多，但是施工先进，不耗费太多的人力物力，定速机组定子组装工艺成熟，但是对于精细部分检测手段不先进，施工工程量大，耗费的人物力较多。丰蓄电站安装两台大型冲击式变速无磁极机组无疑开创首例，其安装精度和质量要求之高，安装工艺之复杂注定为之后国内的变速机组打开思路。

参考文献

［1］付元初，张晔.GB/T 8564-2003水轮发电机组安装技术规范

［2］刘平安，张晔.GB/T 7894-2009水轮发电机基本技术条件

［3］陆佑楣，潘家铮.抽水蓄能电站.北京：水利电力出版社，1992.

［4］赵政，强祖德，天荒坪抽水蓄能电站发电电动机.华东水电技术.2000（2）：164-166