周宁水电站水轮发电机主要制造质量问题的分析及处理

周宁水电站水轮发电机主要制造质量问题的分析及处理

吴 金 荣

（闽东水电开发有限公司，福建 宁德 352100）

[摘要]穆阳溪周宁水电站2台125MW水轮发电机引进了德国西门子发电机技术，发电机投产后整体性能良好。该文针对周宁水电站机电安装过程遇到问题的实际情况，论述总结了发电机的结构特点、设计制造优缺点和主要制造质量问题及处理。

[关键词]周宁水电站；水轮发电机；结构特点；优缺点；推力头；上导滑转子；绝缘层

1、周宁水电站的概况

福建省周宁水电站是穆阳溪梯级的核心电站，电站总装机容量2ⅹ125MW，设计水头400m，最高水头437.2m，额定转速428.6r/min，年发电量6.58亿kW.h,电站在福建省电网中承担调峰和补偿任务。水轮发电机基本参数：

型号：SF125—14/5380 额定容量：125MW/138.889MVA 额定电压:15.75kV 额定电流:5091.3A 额定功率因数:0.9(滞后) 额定频率:50Hz 额定励磁电压:216.3v 额定励磁电流:1168.8A 绝缘等级:F/F 飞轮转矩GD2:1800t-m2 2、水轮发电机结构特点

周宁水电站水轮发电机为三相凸极同步发电机，采用立轴悬式结构。推力轴承位于转子上方并布臵在上机架中心体上部，发电机设两个导轴承，上导轴承布臵在上机架中心体内，采用与推力轴承分开布臵结构，下导轴承布臵在下机架中心体内。

受运输条件的限制，定子机座分成三瓣运到工地后组焊成整圆，定子由厂家在安装间叠片、下线结束后整体吊入机坑。转子由转子支架、主轴、转子磁轭、磁极线圈、磁极铁芯、阻尼绕组等组成为一根轴结构，考虑到

周宁水电站地下厂房安装场高度满足不了起吊要求，转子支架在厂家热套到位后与轴一起运到工地。推力轴承为支柱螺丝加托盘结构，共布臵8块弹性金属塑料瓦，总负荷为3000kN。推力头与镜板连在一起，推力头与带有绝缘层的轴套套成一体后与主轴配车。上导轴承为楔子板结构，有12块190ⅹ190mm钨金瓦，上导部分采用在上导滑转子与主轴间加垫绝缘层来防止轴电流。下导轴承采用内部自循环、分块瓦、楔子板结构，有12块240ⅹ300mm钨金瓦。发电机通风系统采用全封闭双路径向自循环、旋转挡风板无风扇端部回风空气冷却系统。

3、水轮发电机结构设计的优缺点

周宁水电站水轮发电机结构设计主要有以下几个优点：

（1）转子磁极为向心结构,避免了传统磁极线圈离心力的侧向分量对线圈产生的变形,不需设臵极间撑块,以利于励磁绕组通风散热。

（2）推力头与镜板锻成一体，使瓦面负荷更均匀。推力头与带有绝缘层的轴套套成一体的设计方式，既能有效防止轴电流，盘车时调整轴系采用刮卡环比传统结构刮推力头与镜板间的绝缘垫简便、易操作。

（3）上导滑转子与主轴间加垫绝缘层既能有效防止轴电流，又能避免传统设计上导瓦后固定绝缘垫的螺丝发生松动的问题。

（4）上导轴承采用与推力轴承分开结构，可以提高轴承运行的安全性和稳定性，还可以提高轴系临界转速。

（5）导轴承采用的结构能在不干扰转子和推力轴承的情况下装拆、更换和检修，于机组运行和检修均有好处。

（6）发电机通风系统设计合理，定子、转子铁芯和线圈投产后温度

正常、稳定。发电机结构设计合理，投产后噪声小、振摆度也不大。

发电机在制造安装时也出现许多缺点和不足:

（1）推力头与轴套间、上导滑转子与主轴间的绝缘层对使用的材料和加工工艺要求都相当高，国产材料几乎不能满足设计要求。

（2）推力头镜板结构盘车期间刮卡环时对操作人员手工操作水平要求比较高。

（3）高水头、高转速发电机主轴与轴套间、轴套与推力头间、上导滑转子与主轴间的过盈量设计时比较难把握。

（4）发电机定子吊具与定子机座预留的吊孔不匹配。 （5）上、下导甩油相当严重。

4、水轮发电机存在的主要制造质量问题及处理

（1）周宁水电站发电机推力头由于绝缘层制造质量达不到设计要求，引发推力头与带绝缘层的轴套发生相对错位，导致盘车多次失败，首台机从2004年8月11日发电机单独盘车到返厂处理后联轴盘车结束，时间长达四个月之久。2004年8月底，在发电机轴与水轮机轴联轴盘车后,发电机同一盘车点净摆度（发电机法兰测点与推力测点间）从联轴前的负十几丝变到联轴后的正八十几丝（详见附表）。9月初厂家要求：拔出推力头，去除推力头轴套内侧高点。在加热拔推力头时出现推力头与轴套发生较大错位,当时已基本可以确定是推力头与轴套松动造成，而绝不可能是主轴与推力头过紧引起的。9月中旬，我从侧面已了解到，发电机推力头部分绝缘层的设计、环氧玻璃布板配方、加工工艺分别是模仿德国西门子公司鲁布革水电站发电机的设计、国内配方、加工工艺。按设计绝缘层水平部

分受压破坏强度为4754kg/cm2，而厂家配方受压强度大约只有200kg/cm2，加上加工工艺明显有漏项，已很明确推力头绝缘层是没法正常使用。9月27日，盘车结果仍不稳定，在有关专题会上，我引导厂家副总工艺师对绝缘层的环氧玻璃布板配方、加工工艺重新叙述一遍，于会代表包括厂家代表一致认为推力头绝缘层存在较大制造质量问题。厂家不正视制造质量存在的核心问题,仍采用治标不治本的办法:将主轴与推力头内套配合由过盈配合改到过渡配合、再到间隙配合和多次用电动盘车工具压拔推力头，以便盘车数据满足规范要求。由于盘车时转速较低，机组额定转速要高八十几倍，只要盘车时不稳定，机组正常运转后是不可能变到稳定状态。11月初，业主单位邀请外省专家咨询后才决定返厂处理。处理方案：根据《电力行业标准DL/T662-1997》第4.1.2款规定“装有弹性金属塑料瓦的推力轴承，可不设臵防轴电流的轴承绝缘系统，直接由弹性金属塑料瓦来防止轴电流”，周宁水电站发电机采用取消推力头与轴套间绝缘层，重新加工轴套与原推力头采用紧配合热套方式将两者形成稳定整体。

（2）周宁水电站上导滑转子与主轴间绝缘层制造质量达不到设计要求，导致周宁水电站首台机组启动试运行期间做过速试验时发生爆炸事件，后采用更改设计：取消滑转子与主轴的绝缘层，重新加工滑转子运到工地进行热套，上导部分防轴电流改回到上导瓦与楔子板间加绝缘垫的传统设计方案。1#机、2#机新加工的上导滑转子与轴的配合过盈量分别为0.35 mm、0.50 mm，从 1#机在做过速试验和甩100%负荷试验后出现上导摆度无法返回空载时的摆度以及从1#机上导滑转子加工在前、2#机在后，厂家从复核结果可能已预测到1#机过盈量不够，有意加大2#机上导滑转