张瑞
山西大唐国际神头发电有限责任公司 山西省朔州市 036000
摘要：汽轮发电机是火力、水力、余热发电机组中进行能源转换的大型设备，属于大型高压同步电机，通常为两极高转速电机，其定、转子的结构稳固性要求明显高于一般高压电机，电机定子铁芯槽内绝缘材料和防松动材料都较特殊，有别于常规高压电机，其定子绕组的制作、嵌放、固定等措施都有更高的工艺要求。
关键词：定子绕组；绝缘；模压；耐压标准
引言
目前制造水平及电网运行稳定性逐渐提高，发电机单机容量也逐渐增加。发电机机组的安全运行对整个电网起重要的作用。发电机定子绕组端部在工作状态下会承受正常运行时的交变电磁力或短路时的瞬态电磁力。汽轮发电机运行时定子绕组端部的振动，主要有两个因素：一是绕组电流与端部漏磁场相互作用产生的2倍工作频率振动；二是定子铁芯的椭圆振动。运行数据表明，发电机随着电磁负荷增大，定子绕组端部紧固不足会导致绝缘和机械强度会逐渐降低，将会使绕组端部的振幅增大。当振动值超过一定程度就会造成机组的损伤，严重时还可能发生事故，所以对汽轮发电机定子绕组端部的研究越来越引起重视。
1定子绕组端部固有频率范围分析
大型汽轮发电机大多采用水氢氢冷却发电机，其轴瓦安装在发电机端盖上，定子绕组用绝缘件固定在定子铁心上，而定子铁心通过隔振弹簧板固定在机壳上。发电机定子绕组端部在不同频率激振力F作用下，振幅A与结构参数的关系为：
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式中：A为振动幅值；F为激振力；K为结构刚度；为电磁力频率；n为端部绕组固有频率，
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；ζ为绕组结构阻尼。机组运行中，发电机转子会产生工频离心力，即50Hz的激振力，经轴承座传递至定子铁心及绕组。另外，发电机在运行中，定子铁心会受到100Hz的磁拉力作用而产生振动，并将振动传递到定子绕组，定子绕组本身也会受到100Hz的电磁力作用，且这一电磁力会随着电流的增大而增大，并使绕组端部产生同频的振动。因而，发电机在运行中定子端部绕组的受迫振动以50Hz和100Hz分量为主。
为了避免发电机定子绕组端部出现较大振动，其固有频率应避开一定的范围。当定子绕组端部模态频率，尤其是椭圆型模态频率接近50Hz或100Hz时，定子绕组端部振动较大，甚至会诱发结构共振，故定子绕组端部的模态频率应避开激振力频率的10%，即不在45~55Hz、90~110Hz范围之内，甚至避开更宽的频率范围，使定子绕组端部振幅较小。
从隔振的角度来看，结构件的模态频率应小于激振力的1.4倍，或大于激振力的1.4倍；对于50Hz、100Hz的激振力，即定子绕组端部冷态的椭圆型模态频率临界值分别为35.4Hz、70.7Hz、140Hz。因此，发电机定子绕组端部的模态频率应不在47~58Hz、94~115Hz范围内，1阶、2阶椭圆型模态频率在70Hz左右、140Hz左右为佳。
2定子绕组绝缘检修工艺技术
2.1定子线圈拆除工艺
（1）对定子线圈底部6根引接线排的长度进行测量、记录，确保安装时电机的定子引接线排与外部母排连接无误。（2）定子线圈斜边及端部拆除，线圈斜边绑扎绳拆除，铁芯槽楔拆除。拆除时，保护绝缘不受损，线圈利旧使用。从上层线圈开始拆除，直到全部线圈拆除完毕。（3）槽楔制作。（4）断开线圈鼻端连接。（5）定子槽、线圈对应位置进行编号标识。
2.2定子线圈的检查、修复工艺
（1）线圈外观质量检查：对拆除的定子线圈逐个进行外观检查并逐个进行对地耐压试验，耐压标准18500V，合格备用。（2）合格线圈外观清理：线圈两端弯曲部位打磨清理，再对线圈直线部分刷低电阻防晕漆，每端超出槽口长度25mm左右；直线部位防晕漆干燥固化后，端部刷红瓷漆，刷漆位置与直线部分低阻漆搭接15mm左右，带串联线的一直刷到串联线接线头处。（3）线圈对地耐压，耐压标准21850V。（4）定子铁芯磁化试验：定子水洗、干燥，出炉冷却至室温后进行铁芯磁化试验。（5）不合格高压线圈处理：①剥离线圈直线部分对地绝缘，线圈端部斜边对地绝缘切削成锥度，锥度长度100～125mm；②绕包高压线圈对地绝缘，绕包10层，最后手包1层；③直线部分绕包低阻带，两端超出槽口位置15mm左右；④线圈端部斜边绝缘绕包沿原有绝缘锥度位置进行绕包；⑤线圈端部绕包高阻带，高阻带与低阻带搭接15mm左右，高阻带绕包端部超出线圈弯部100mm左右；⑥最后，直线部分平包一层脱模带；⑦线圈对地绝缘模压，控制炉温和保温的温度和时间，线圈在压铁余热作用下，直接开始往两端冒油；⑧联线表面涂刷AB胶，在端部支架的内侧端面垫一层浸胶涤玻毡，并通过穿线孔穿插涤纶丝带将浸胶涤玻毡绑扎在端部支架的内侧端面；⑨用摇表对新制线圈股间绝缘进行检测，合格后，进行低阻漆和绝缘漆的涂刷处理，线圈对地耐压，耐压标准21850V。
2.3定子绕组端部模态试验结果
本试验使用南京安正CRAS发电机端部模态测试分析系统、PCB力锤及PCB加速度传感器，采用“多点激励单点响应”的锤击法。将加速度传感器固定在一点，通过力锤对绕组端部施加脉冲力激励，加速度传感器采集响应信号，由接口箱将激振力和信号进行处理后输入计算机，由此得到各测点的传递函数，通过模态分析软件对测试数据进行分析处理，分析出机组绕组端部的固有频率、模态振型和对应的阻尼比。
本次试验沿端部绕组圆锥内表面外圈均匀布置18个测点。汽励两端椭圆模态振型分析结果如图1和图2所示。
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图1汽端四节点振型
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图2励端四节点振型
2.4定子线圈的恢复、安装工艺
（1）线圈串联线的安装：按照原始安装位置，恢复串联线的安装，串联线与支架加固绑扎，定子测温元件确定好埋设位置后，引线穿过铁芯风道，将测温元件提前布置到位。（2）线圈底层槽绝缘的安装：槽内垫放半导体垫条，厚度为0.5～1.0mm，垫条两端出槽口20mm。（3）底层线圈的安装：①线圈平放对齐槽口，将线圈压入槽内，线圈两端出槽口的位置相同；②在线圈上层插入半导体导条保护线圈上表面，在对应槽口两端装入一段槽楔，再在槽楔下装入提前制作的对楔，将下层线圈压紧。③在对应槽口两端装入一段槽楔，再在槽楔下装入提前制作的对楔，最后，在线圈上层插入半导体导条，线圈入槽内后，进行槽楔、对楔、导条安装。（4）下层线圈的绑扎固定：①用浸胶毛毡包裹线间垫块，插入线圈端部间隙，与线圈斜边齐高，绑扎牢固；②端部绑扎间隔均匀，先绑扎一圈与支架对应的位置，再绑扎其他位置；③串联线与支架之间进行涤波绳交叉绑扎。（5）定子上半部的下层线圈需用涤波绳进行牵引固定，取出旧槽楔、对楔、半导体导条。（6）电机定子入炉干燥，温度90℃、时间10小时。（7）电机定子出炉冷却至室温，取掉对楔、旧槽楔、半导体垫条，准备耐压。
结语
通过此次攀钢集团能动中心2#汽轮发电机进厂大修，我们基本掌握汽轮发电机定子绕组对地绝缘检修工艺，具备汽轮发电机定子绕组绝缘检修能力。
参考文献
[1]李德堡，张元润.振动测量与试验分析[M].北京：机械工业出版社，1992.
[2]方元，陈安宁.振动模态分析技术[M].北京：国防工业出版社，1993.