田丰1 孙丽萍1 田瑞2
1.云峰发电厂 吉林集安 134200 2.沈阳工程学院电力学院 辽宁省沈阳市 110136
摘要：由于发电机定子绕组受高频振动作用严重影响，并且人工紧固定子槽楔的平整度和加工精度较低，本文研制一种采用伺服液压机作为动力源的发电机定子槽楔数控液压拆装紧固装置。现场测试表明，该装置能够有效缩短工作时长并保证紧固精度和质量，具有实用性和经济型。
[关键词]定子槽楔；伺服液压机；拆装紧固
0 引言
水轮发电机定子绕组端部因长期受电磁力、机械振动等作用的影响，容易造成槽楔松动甚至脱落，进而引起相邻槽楔相继松动。槽楔松动或脱落会加剧线棒振动，导致线棒绝缘严重磨损，引起发电机短路故障，影响机组安全。 对发电机定子绕组槽楔的运行状态进行评估并对松动的槽楔进行检修，对降低水电厂水轮发电机定子绕组故障的发生概率、保证定子绕组线棒的绝缘水平、实现发电机安全稳定运行具有积极意义。目前，槽楔的拆装紧固工作是由检修人员使用榔头手动敲击完成的，由人工进行的槽楔检修工作存在加工精度低、检修质量难以保证、检修周期长等诸多问题。本文通过对定子绕组槽楔产生松动的原因进行分析，并根据水轮发电机槽楔检修现场的实际情况设计以伺服液压机作为动力源的槽楔拆装紧固装置。
1 定子槽楔松动原因分析
水电厂投入运行的水轮发电机定子绕组长期处于高频振动的工作环境下，定子槽楔松动直接导致定子线棒高频振动，使线棒的主绝缘加速损坏，严重危害机组安全稳定运行、大幅缩短定子绕组的使用寿命。槽楔与线槽之间的波纹板具有一定的伸缩性，使槽楔下方一直受弹力作用，保证槽楔始终处于紧固状态。波纹管在电磁力、高频振动、材料热胀冷缩等因素的影响下，其强度随机组运行时间的延长而逐渐下降，当波纹板强度下降至某一阈值的下限时，使槽楔无法保持紧固状态，即表现为槽楔松动，严重时会发生槽楔脱落。传统通过人工敲击对定子槽楔紧固状态进行判断的方法，判断结果具有一定的主观性，容易受检修人员主观因素的影响。而通过槽楔上的测量孔测量波纹板波峰与波谷之间的高度差，可以定量的判断槽楔的松动程度。
2 槽楔松动对水轮发电机参数及性能的影响
槽楔的松动及脱落，会划伤定、转子的绝缘层，破坏定子主绝缘，同时槽楔的松动会引起槽内线棒的高频振动，振动作用会使线棒在运行过程中产生机械磨损，主绝缘厚度及绝缘电阻随磨损程度的增加而逐渐减小。主绝缘电气强度的下降，使定子主绝缘发生短路故障的概率大幅增加。
楔下垫条随槽楔松动而产生相对位移，进而堵塞定子通风孔，导致运行过程中发电机定子线棒产生的热量无法排放，热量的不断积累造成线棒温度异常升高、线棒绝缘层加速老化。
线棒松动会使线棒表面和线槽出现电容性放电现象，放电产生的热和机械力作用于定子线棒表面，同时局部放电电离空气产生臭氧，臭氧和氮气发生化学反应生成氮氧化物，氮氧化物和水发生化学反应，生成硝酸和亚硝酸，酸性物质会腐蚀线棒的防晕层、主绝缘、槽楔等，腐蚀严重时防晕层老化脱落，主绝缘外漏，出现麻坑。
3 数控液压拆装紧固装置
本装置主要由三部分构成，分别是控制单元、伺服液压系统和机械传动系统。
控制部分通过数控装置向比较电路发送加工指令，经放大电路输出后作用于伺服驱动电机，最后由电动机驱动伺服液压系统工作。伺服液压系统包括伺服液压驱动装置、伺服电动机和位置检测装置。液压驱动装置包括齿轮泵、控制阀和液压油缸。伺服电动机通过桡性联轴器带动齿轮泵运转，齿轮泵与控制阀相连，通过控制阀控制油缸作垂直上下运动，已完成定子槽楔的拆卸安装和紧固工作。
位置检测装置包括X轴和Z轴上的位置传感器，用于计算XZ坐标偏差，将信号通过闭环系统反馈给伺服电机控制器，从而纠正轴偏差。
3.1 中央控制单元
中央控制单元采用CNC系统，该系统由多个微处理器组成，主要包括输入、处理和输出三个基本部分。输入数据由用户通过上位机软件或界面进行输入或设置，包括起点位置、加工轨迹、终点位置等信息。数据处理是CNC保证加工精度及质量的关键环节，主要包括对输入数据及输出数据的处理。对输入数据的处理是指将用户输入的数据进行相应的计算，输出加工设备能够直接读取的指令；对输出数据的处理：通过对加工设备的输出数据与用户的输入数据进行比较，将比较结果以反馈信号的方式下发至加工设备，对加工结果进行修正，以达到用户预期的加工要求。
3.2 伺服液压系统
液压槽楔拆装紧固装置的液压油缸采用上下式双油缸结构。下油缸主要用于槽楔的拆卸工作，在油缸末端安装拆卸装置，检修人员通过控制油缸的伸缩，完成槽楔的拆卸工作。通过向控制单元编写相关程序，控制上油缸以固定频率、固定力矩进行槽楔的紧固工作，实现使用液压装置模拟人工手动安装槽楔的目的。
采用液压泵为液压油缸提供一定压力的液压油作为动力，分配阀可以控制液压油缸的同步或独立工作。数控液压槽楔拆装紧固装置具有易操作、加工精度高、工作可靠性高、可持续稳定输出力矩、不受工作环境限制等优势。
3.3 传动系统
进给传动步进电机分别与同步齿形带和联轴器直接相连，X轴通过同步齿形带带动滚珠丝杠旋转，进而使得滚珠丝杠螺母带动X轴滑块上下移动。Z轴通过进给步进电机与联轴器相连，保证装置的扭转刚度。
用滚珠丝杠螺母副直连驱动电机，丝杠为滚珠丝杠，其支承方式选用一端固定一端游动的安装方式。自由端的轴承主要承受径向的载荷，由于轴向的载荷很小，因此选用角接触球轴承。丝杠轴端加工出两个平面，同步带轮轮齿面上钻螺纹孔，通过紧定螺钉连接同步带轮和丝杠。
光轴的定位主要靠螺钉拧紧产生的压紧力来实现，通过参考基准螺钉与侧板上孔寻找正相对位置。
在滑块侧向设计一个贯通的窄缝，在直线轴承装入滑块，通过拧紧滑块后面的螺丝以减小窄缝间隙，因此固定直线轴承。
4 结论
本文首先对造成定子槽楔松动的原因及槽楔松动对发电机的影响进行分析，并根据定子槽楔检修的工作环境，研发数控液压定子槽楔的拆装紧固装置，以高度模拟人工手动拆装槽楔的工作，提高工作效率、大幅缩短检修周期。导轨式定子槽楔数控液压拆装紧固装置具有效率高、操作简单、紧固精度高、安全可靠性强等优点，可以替代人工紧固工作。伺服控制器具有反馈调节功能，根据位置传感器反馈的实际位移量，向进给系统发送达到设定值所需位移量的指令。现场试验结果表明，导轨式定子槽楔数控液压拆装紧固装置可以高效率、高标准完成水轮发电机定子槽楔的紧固工作。
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