發(fā)電機(jī)定子鐵心是由成千上萬張扇形硅鋼片疊裝而成的，裝配完成的定子鐵心要求槽形平直、槽壁平整、有足夠的緊力，以保證鐵心的剛度和避免電磁力引起片間振動(dòng)，還要注意片間絕緣不應(yīng)受損、通風(fēng)道均勻整齊、不變形等。

發(fā)電機(jī)定子鐵心由于制作或檢修的原因可能存在質(zhì)量不良，或者在運(yùn)行中由于熱和機(jī)械力的作用，引起鐵心松動(dòng)，造成片間絕緣損壞而短路，在短路區(qū)域形成局部過熱，尤其是發(fā)生在槽周圍表面，會(huì)加速繞組絕緣劣化，威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。本文以河北南網(wǎng)某機(jī)組鐵心故障為例，對(duì)鐵心松動(dòng)原因進(jìn)行分析、對(duì)修復(fù)措施和質(zhì)量檢測方法進(jìn)行介紹和總結(jié)。

1 故障描述

河北南部電網(wǎng)某電廠2號(hào)發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)聲音異常，經(jīng)綜合分析診斷為鐵心松動(dòng)造成。停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)定子勵(lì)側(cè)槽口34與35槽之間第64段鐵心、31槽與32槽之間第1段鐵心過熱見圖1，1槽與2槽間鐵芯邊端（階梯齒）靠近壓指處的鐵芯硅鋼片齒部，發(fā)生嚴(yán)重的片間松動(dòng)磨損現(xiàn)象，磨損的大部分硅鋼片已磨成粉狀，導(dǎo)致嚴(yán)重過熱損壞見圖2，35和36槽線棒槽口絕緣因鐵心松動(dòng)有磨損，36槽線棒磨損尤其嚴(yán)重，松動(dòng)的鐵心將5.5 mm厚的繞組絕緣磨損達(dá)深度達(dá)5 mm，若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)不久就很可能形成短路接地，造成重大故障。

用專用儀器測量槽楔壓緊情況發(fā)現(xiàn)槽楔普遍較松，按廠家規(guī)定其值應(yīng)在0.2～0.5之間，實(shí)際測量值達(dá)到了1.0。

圖1 鐵心松動(dòng)劣化

圖2 過熱引起的鐵心損壞

2 故障原因及暴露出的問題

2.1 鐵心制造及檢修質(zhì)量存在問題

發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中鐵心會(huì)受到各種力的作用，其中轉(zhuǎn)子和定子之間的徑向力波形成的交變磁拉力及鐵心的自重占很大比例，如果鐵心制造時(shí)壓裝比較松，徑向力波將導(dǎo)致鐵心和個(gè)別扇形片的振動(dòng)，從而伴隨出現(xiàn)噪音和齒的斷裂。鐵心或它的個(gè)別區(qū)域壓裝變松的主要原因是由于扇形片的厚度特別不均勻、定子定位筋安裝不準(zhǔn)確、通風(fēng)槽鋼安裝不正確、鐵心在制造廠時(shí)的疊裝質(zhì)量低劣等，本臺(tái)機(jī)組檢修就發(fā)現(xiàn)故障齒段厚度不均勻。

檢修過程中鐵芯定位螺桿過緊，本機(jī)組在上次修理過程中曾對(duì)定子鐵芯的軛部定位螺桿進(jìn)行緊固，從而使得鐵芯軛部定位螺桿的預(yù)緊量與中部穿心螺桿的預(yù)緊量失去了原來1:0.75的比例平衡，軛部過緊會(huì)引發(fā)齒部彈開，然而由于端部鐵芯粘結(jié)牢固，從而導(dǎo)致端部鐵芯段之間的通風(fēng)槽板的預(yù)緊量下降造成鐵芯的松動(dòng)和磨損。勵(lì)端定子鐵心受外力敲擊損傷明顯。

從圖2可以看到，在勵(lì)端損壞槽間的齒壓板上有十分明顯的壓痕，不但導(dǎo)致齒壓板下的鐵板變形，而且使第一檔階梯鐵芯和第一檔通風(fēng)槽板的齒條損壞。由于勵(lì)端第二檔鐵芯段的阻隔，外力未能影響到第二檔通風(fēng)槽板，所以檢查第二檔通風(fēng)槽板時(shí)，沒有發(fā)現(xiàn)任何通風(fēng)齒條受損痕跡。

2.2 運(yùn)行中溫度變化的影響

發(fā)電機(jī)晝夜負(fù)荷不均勻， 有功負(fù)荷變化較大，無功負(fù)荷也隨之有較大變化，這些都會(huì)導(dǎo)致鐵心溫度變化。有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)表明，有功負(fù)荷變化200～130 MW，無功負(fù)荷變化110～20 Mvar, 會(huì)導(dǎo)致鐵心溫度變化達(dá)25~35℃。某些發(fā)電機(jī)由于調(diào)峰需要頻繁啟停，使發(fā)電機(jī)定子鐵心的溫度變化范圍達(dá)50～70℃。

發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中定子鐵心溫度激烈變化使硅鋼片間的夾緊力產(chǎn)生松緊變化，長時(shí)間反復(fù)如此，會(huì)使定子鐵心周期性熱脹冷縮，就容易引起鐵心齒部松動(dòng)，在電磁力作用下產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。

3 處理措施

3.1 鐵心松動(dòng)處理

發(fā)電機(jī)鐵心整體或部分松動(dòng)都屬于不正?，F(xiàn)象，在檢修中必須予以消除。處理鐵心壓裝普遍松動(dòng)的問題較為復(fù)雜，需要根據(jù)具體情況在制造廠家參加下具體地加以解決。應(yīng)該注意的是，用緊壓圈壓緊鐵心的方法一般是不允許的，因?yàn)檫@種方法有損壞定子繞組絕緣的可能性，而且也達(dá)不到良好的效果，這種方法只能使很短的一段鐵心疊片壓緊。

鐵心的個(gè)別區(qū)域尤其是端部鐵心的松動(dòng)和較大的振動(dòng)是比較常見的。在這種情況下，一般采用在片間插入0.2 mm厚的環(huán)氧玻璃布板的方法，環(huán)氧玻璃布板與鐵心片隔一片或兩片細(xì)心插入見圖3。根據(jù)鐵心松動(dòng)的程度，決定插入的片數(shù)及每片插入的深度，按照經(jīng)驗(yàn)，不取出線棒時(shí)最大插入深度約在100 mm。

由于鐵心兩側(cè)緊靠繞組，如向更深處繼續(xù)插片比較困難，此時(shí)要取出線棒，這樣便于插片到更深處，以增強(qiáng)片間絕緣和減小渦流。對(duì)于間隙較小，環(huán)氧玻璃布板難以插入的鐵心疊片，可用窄而薄的專用工具把齒撬開，在撬開的縫隙中灌入同一牌號(hào)的絕緣漆。

圖3 鐵心松動(dòng)插片處理

3.2 定子鐵心熱點(diǎn)磷酸電解處理

電解是將電流通過電解質(zhì)溶液或熔融態(tài)物質(zhì)(又稱電解液)，在陰極和陽極上引起氧化還原反應(yīng)的過程。對(duì)于鐵心表面熱點(diǎn)位置采用磷酸電解腐蝕過程中，磷酸電解液中正1價(jià)氫離子(H+)流向陰極并得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，生成氫氣；負(fù)3價(jià)磷酸根離子(PO33-)流向陽極定子鐵心沖片，沖片鐵板基材失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，變成正2價(jià)鐵離子，溶于電解液中。

沖片表面毛刺及尖角處的接觸溶液面積大，積累離子多，易先反應(yīng)而溶于電解液中，從而消除片間短路發(fā)熱點(diǎn)。磷酸電解步驟見圖4。

圖4 磷酸電解操作主要步驟

按照西門子工藝規(guī)范,磷酸電解液的配比見表1。

表1 磷酸電解液配比

用電極浸沾磷酸電解液在需要電解腐蝕表面來回涂刷，電解期間目測或借助普通放大鏡檢查，如沖片層次已清晰則停止電解。

3 修復(fù)后熱點(diǎn)檢測

鐵心松動(dòng)處理完畢后，應(yīng)對(duì)鐵心進(jìn)行質(zhì)量檢測，一般采用兩種實(shí)用化檢測方法，電磁法（ELCID）和紅外熱成像法（鐵損試驗(yàn)）對(duì)于個(gè)別齒部仍過熱嚴(yán)重的鐵心，應(yīng)繼續(xù)處理，如可將環(huán)氧玻璃布板插人更深。

3.1 電磁法鐵心檢測

若定子鐵心存在絕緣失效或明顯老化的疊片，當(dāng)哪怕施加很小的勵(lì)磁電流時(shí)，也會(huì)感應(yīng)出故障渦流由，如果從探測感應(yīng)電流著手，如果能直接探測故障點(diǎn)產(chǎn)生的磁場，而不是檢測故障產(chǎn)生的熱效應(yīng)，需要的磁通量就會(huì)很低，這就就解決了傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法問題，這就是鐵心故障電磁探測法，原理如圖5所示。

圖5 Chattock檢測儀在定子齒上的定位

通過給定子鐵心的附加勵(lì)磁線圈施加很小的勵(lì)磁電流，使得在鐵心內(nèi)沿軸向產(chǎn)生約4%的額定磁通密度，當(dāng)鐵心軸向的疊片間發(fā)生短路故障并與周向磁通形成一個(gè)閉合回路時(shí)，故障區(qū)會(huì)感應(yīng)出很小的故障電流。通過Chattock線圈測量該故障電流所產(chǎn)生的磁位差，即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)故障點(diǎn)的定位和故障程度的判定。

電磁法式低磁通、小電流檢測，省時(shí)省力，方便用于鐵心質(zhì)量檢測。因此在該機(jī)鐵心松動(dòng)處理完畢后，首先采用低磁通檢測進(jìn)行檢測見圖6，如果有故障點(diǎn)，再采用熱成像法確認(rèn)故障嚴(yán)重程度。

圖6 現(xiàn)場電磁法檢測

檢測結(jié)果如圖7-8。

圖 7 電流軌跡圖

圖8 鐵心整體視圖

從軌跡圖和鐵心整體視圖可以看出，發(fā)電機(jī)鐵芯故障電流峰值均低于100mA，整體鐵芯視圖良好，說明發(fā)電機(jī)鐵芯故障經(jīng)修理和處理后的質(zhì)量狀況良好。

3.2 紅外熱成像試驗(yàn)

紅外熱成像試驗(yàn)（紅外鐵損）是檢測鐵心質(zhì)量完好性最直觀的辦法，為了進(jìn)一步確認(rèn)鐵心質(zhì)量，決定進(jìn)行鐵心損耗試驗(yàn)，通過測量鐵軛和齒部的溫度，檢查各部分溫升及溫差，綜合判斷鐵心片間絕緣是否良好，確保在熱點(diǎn)處理后鐵心質(zhì)量，避免發(fā)電機(jī)帶缺陷投運(yùn)。

該發(fā)電機(jī)所處12.6米平臺(tái)，6kV配電室位于其下方的6.5米平臺(tái)，電源選取方便，啟備變?yōu)橛休d調(diào)壓，系統(tǒng)電壓調(diào)整方便，由于采用6kV電壓，勵(lì)磁電流相對(duì)較低，可降低勵(lì)磁電纜截面，便于纏繞，并可以滿足鐵損試驗(yàn)的1.4T的磁密值，試驗(yàn)時(shí)使用熱成像儀檢查定子的全部齒，找出溫升較高部位，然后結(jié)合紅外點(diǎn)溫計(jì)進(jìn)行特別監(jiān)視。

紅外檢測結(jié)果如圖8。

圖9 鐵心紅外成像圖譜

從建立試驗(yàn)磁通開始，通過紅外熱成像儀對(duì)鐵心溫度進(jìn)行了監(jiān)視，鐵心整體沒有過熱點(diǎn)，最高溫升小于25K，最大溫差小于15K，單位鐵損低于2.58W/kg，檢修后鐵心絕緣良好。

4 結(jié)論

（1）鐵心處理過程中手工操作在生產(chǎn)工藝過程中所占比例大、工藝質(zhì)量對(duì)人的手工工藝和責(zé)任心依賴性高，對(duì)鐵齒松動(dòng)修復(fù)過程中應(yīng)嚴(yán)控操作工藝，防止插刀、槽鍥退出及安裝過程中對(duì)片間絕緣二次損傷。

（2）鐵心故障修復(fù)后應(yīng)至少進(jìn)行一次電磁法檢測，以驗(yàn)證修理質(zhì)量，有條件的可同時(shí)利用紅外熱成像法確認(rèn)鐵心表面有無熱點(diǎn)。

（3）針對(duì)近年來部分600MW發(fā)電機(jī)出現(xiàn)的鐵心松動(dòng)問題，特別是在同一制造廠家的機(jī)組上重復(fù)發(fā)生的問題應(yīng)引起重視，及時(shí)對(duì)其他機(jī)組進(jìn)行針對(duì)檢查，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，確保機(jī)組安全運(yùn)行。

（4）鐵心松動(dòng)及時(shí)檢測和處理，防止鐵芯局部熱點(diǎn)劣化，因此應(yīng)制定反事故措施，把兩種鐵心檢測方法納入檢修后常規(guī)試驗(yàn)項(xiàng)目中，確保鐵芯大修后鐵心無缺陷投運(yùn)。

本文編自《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心松動(dòng)分析及處理”，作者為郝鋒、岳嘯鳴。