5000kW臥式水輪發電機關鍵部件設計與故障排除

2012-05-14

作者：周曉雍
（哈爾賓空調股份有限公司）

　　摘　要：當前分布于全國各地的擁有小水電發電機組，為當地的經濟社會發展作出了較大的貢獻，文章僅5000kW臥式水輪發電機關鍵部件說明及故障做指導說明。
　　關鍵詞：臥式水輪發電機；軸承：定子
　　水輪發電機組一般由水輪機、發電機勵磁裝置、永磁發電機、調速器、油壓裝置、閥門、自動化系統組成。5000kW臥式水輪發電機發電機組為臥式兩支點結構，中心高為630mm，主要由水輪機、定子、轉子、兩個軸承、底板、端罩和冷卻裝置等零部件組成。發電機的軸伸直徑為φ320mm，傳動端軸承為φ320座式滑動止推軸承，在軸承座上裝有一個接地電刷，勵端軸承為φ400座式絕緣軸承，在電機的底部裝有電壓為220V的空間加熱器，共2000w。目前此種機型以在我國水電行業應用比交廣泛，受到一定的客戶好評。
　　一、5000kW臥式水輪發電機發電機關鍵部件總述
　　1.定子。定子鐵心是由扇形片拼成整圓，沖片厚度為0.5mm，材料為50W310冷軋硅鋼片。定子端箍采用40Mn18Cr3非磁性圓鋼材料，定子齒壓片采用非磁性鋼板40Ml8Cr3。定子機座采用焊接結構方式，機座是用Q235鋼板拼焊成的整體結構，所有焊縫采用CO₂氣體保護焊，并經噴砂處理。定子線圈為雙層迭繞組，線圈截面橫向采用雙排銅線并繞，對地主絕緣采用國產F級高強度環氧玻璃粉云母帶連續包繞并經模壓處理。定子繞組采用2Y形連接(引出線12個)，定子內共埋設12支鉑熱電阻溫度計(Ptl00)，按圓周均布放人繞組和定子鐵心上，用來檢測定子線圈和定子鐵心的溫度。下線后整個繞組鐵心再經絕緣處理，以便提高定子繞組的電氣性能和機械性能。
　　2.轉子。轉子主軸材料采用20SiMn合金鋼鍛鋼，為提高主軸的抗沖擊和過負荷能力，磁軛與轉軸鍛成一體，在主軸上加工出T尾槽以便安裝轉子磁極。磁極沖片是由1.5mm厚Q345鋼板沖制而成，極靴表面采用圓弧，極身下部采用T尾結構。磁極線圈采用2.36×50的軟銅帶，利用繞線機直接繞制而成，匝間絕緣厚度為0.35ram，線圈絕緣及上、下表面和對地絕緣均使用F級上膠絕緣玻璃絲布熱壓固化成型。磁極線圈套入磁極鐵心后，用浸膠滌綸氈和環氧玻璃布板將端部和其它所有縫隙塞滿，加熱固化后使磁極線圈、磁極鐵心和托板成為一體，提高了轉子部分的電氣可靠性。發電機的阻尼繞組采用全阻尼系統，阻尼條和阻尼環之間采用銀焊，阻尼環之間采用多層紫銅片制成連接片軟連接結構，并在磁極之間裝有撐塊。在轉子上裝有轉漿式風扇。
　　3.軸承。軸承座和軸瓦采用鑄鐵結構并經過時效處理，澆鑄軸承合金后進行無損探傷，軸承的軸瓦在精加工后要進行刮研修配。兩個軸承采用低壓供油和油環的復合潤滑方式，兩個軸承共用一個低壓潤滑稀油站。每個軸承裝有一個電接點雙金屬溫度計和一個雙支鉑熱電阻溫度計(Pt100)，可以在控制室內和現場檢測每個軸承的運行溫度以及可實現報警和切斷功能。
　　4.端罩及通風系統。在發電機的兩側裝有端罩。在發電機的兩端靠近線圈端部側各裝有導風罩。導風罩是用玻璃鋼制成的。冷空氣在轉子上風扇和磁極的作用下由發電機下部的人風口首先進入端罩空腔內，然后經定子線圈端部進入電機內部，由電機底部的出風口排出并經過空氣冷卻器而形成一個密閉循環的冷卻系統。
　　5.發電機底板。發電機底板采用優質鋼板焊接而成，是整塊底板，底板高度為450mm。
　　二、5000kW臥式水輪發電機發電機故障排除
　　1.5000kW臥式水輪發電機組鐵芯振動現象時有發生，而且在運行中往往較難正確判斷。
　　2.運行環境溫度直接影響電機的寺命。已投入運行的小型水輪發電機組大多數采用瀝青云母絕緣，這種絕緣采用云母帶在整個線棒直線和端部連續包扎后，經真空浸漆處理，以消除端部搭接的缺點。
　　3.小水電站地處邊遠山區，在電氣接線上往往處在線路的末端，電壓偏移很大。特別是豐水季節，400V機組的母線電壓有時升高到470V，6kV母線有時竟達到7kV。小型電站的并網變壓器只有三檔分接開關，遠遠不能滿足實際運行的需要而不得不抬高5000kW臥式發電機出口電壓。
　　三、5000kW臥式機組線圈主絕緣損壞的措施
　　1.防止鐵芯松動。在大修清掃定子鐵芯時應注意觀察，如發現5000kW臥式鐵芯出現紅粉，表明處有松動，可用電工刀及其他薄型片狀工具進行試插松動程度，正常時鐵芯齒部插入深度一般不超過3mm。運行中還要注意線圈的緊固情況，在上下層線圈同相且電流方向相同時，作用力Z大都壓向楷底。
　　2.防止電腐蝕。使用環氧粉云母作主絕緣的5000kW臥式水輪發電機組在運行中暴露出的問題主要是電腐蝕。
　　四、結論
　　5000kW臥式臥式水輪發電機發電機具有比轉速高、過流量大及水力效率高、投資少等特點，是開發低水頭水力資源的良好機型。經過十幾年運行實踐證明，5000kW臥式臥式水輪發電機組的運行是可靠的，指得推廣。